Acerca del proyecto
En este post profundizaremos en el conocimiento de la celda de carga de barra, donde veremos como se usa, la conexión y como se debe de montar, ademas veremos la formula matemática que aplica para conocer la variación de tensión de este elemento de medición de carga.[1]
Conocimiento previo
Para realizar este proyecto se requiere conocimiento previo de los siguientes temas, si aun no has trabajado con lo que se menciona en la siguiente tabla, allí están los links a los post para que puedas dar un repaso adicional o puedas recordar el conocimiento necesario para poder realizar este proyecto.
| Proyecto | Descripción |
|---|---|
| Celda de carga | En este post conoceremos las características básicas de las celdas de cargas, veremos los tipos celdas y una breve descripción para conocer cada elemento. |
Instalación
Esta celda de carga de un solo punto se utiliza en pequeñas básculas de joyería y básculas de cocina. Se monta atornillando el extremo de la celda de carga donde están conectados los cables y aplicando fuerza en el otro extremo en la dirección de la flecha. El lugar donde se aplica la fuerza no es crítico, ya que esta celda de carga mide un efecto cortante en la viga, no la flexión de la viga. Si monta una pequeña plataforma en la celda de carga, como lo haría.
Al realizarse a pequeña escala, esta celda de carga proporciona lecturas precisas independientemente de la posición de la carga en la plataforma.
Calibración
Por lo general, se usa una fórmula simple para convertir la salida mv / V medida de la celda de carga en la fuerza medida:
Es importante decidir qué unidad es la fuerza medida: gramos, kilogramos, libras, etc.
Esta celda de carga tiene una salida nominal de 1.0 ± 0.15 mv / v que corresponde a la capacidad del sensor de 20 kg.
Para encontrar A usamos:
Dado que la compensación es bastante variable entre las celdas de carga individuales, es necesario calcular la compensación para cada sensor.
Mida la salida de la celda de carga sin fuerza sobre ella y observe la salida mv / V medida por el PhidgetBridge.
Característica
| Parametro | Unidad medida | Valor |
|---|---|---|
| Capacidad | Kg | 1, 2, 3, 5, 10, 20 |
| Salida nominal | mV/V | 1.0 ± 0.15 |
| No linealidad | % | 0.05 |
| repetibilidad | % | 0.03 |
| histéresis | % | 0.03 |
| arrastrarse | % | 0.1 |
| temperature effect on sensitivity | %RO/ °C | 0.003 |
| efecto de la temperatura en cero | %RO/ °C | 0.02 |
| Zero balance | %RO | ± 0.1 |
| Resistencia de entrada | Ω | 1066±20 |
| Resistencia de salida | Ω | 1000±20 |
| resistencia de aislamiento | MΩ(50V) | 2000 |
| voltaje de excitación recomendado | V | 5V |
| rango de temperatura compensada | °C | -10 ~ +50 |
| Rango de temperatura de funcionamiento | °C | -20 ~ +65 |
| sobrecarga segura | %RO | 120 |
| sobrecarga final | %RO | 150 |
| material de la celda de carga | Aluminio | |
| cable de conexión | mm | 0.8x180mm |
Glosario
Capacidad
La carga máxima que la celda de carga está diseñada para medir dentro de sus especificaciones.
Arrastrarse
El cambio en la salida del sensor que ocurre durante 30 minutos, mientras está bajo carga en o cerca de su capacidad y con todas las condiciones ambientales y otras variables que permanecen constantes.
ESCALA COMPLETA o FS
Usado para calificar el error - FULL SCALE es el cambio en la salida cuando el sensor está completamente cargado. Si un error particular (por ejemplo, no linealidad) se expresa como 0,1% FS y la salida es 1,0 mV / V, la no linealidad máxima que se verá en el rango de funcionamiento del sensor será 0,001 mV / V . Una distinción importante es que este error no tiene por qué ocurrir solo con la carga máxima. Si está operando el sensor a un máximo del 10% de la capacidad, para este ejemplo, la no linealidad aún sería 0.001mV / V, o el 1% del rango de operación que está usando realmente.
Histéresis
Si se aplica una fuerza igual al 50% de la capacidad a una celda de carga que ha estado sin carga, se medirá una salida determinada.
La misma celda de carga está a plena capacidad y parte de la fuerza se elimina, lo que hace que la celda de carga funcione al 50% de su capacidad. La diferencia de salida entre los dos escenarios de prueba se llama histéresis.
Voltaje de excitación
Especifica el voltaje que se puede aplicar a los terminales de alimentación / tierra en la celda de carga. En la práctica, si está utilizando la celda de carga con PhidgetBridge, no tiene que preocuparse por esta especificación.
Impedancia de entrada
Determina la potencia que consumirá la celda de carga. Cuanto menor sea este número, se requerirá más corriente y se producirá más calentamiento cuando se encienda la celda de carga. En entornos muy ruidosos, una impedancia de entrada más baja reducirá el efecto de la interferencia electromagnética en cables largos entre la celda de carga y PhidgetBridge.
Resistencia de aislamiento
La resistencia eléctrica medida entre la estructura metálica de la celda de carga y el cableado. El resultado práctico de esto es que la estructura metálica de las celdas de carga no debe energizarse con un voltaje, particularmente voltajes más altos, ya que puede formar un arco en el PhidgetBridge. Por lo general, la celda de carga y la estructura metálica de la que forma parte estarán conectados a tierra o a la tierra de su sistema.
Sobrecarga máxima
La carga máxima que se puede aplicar sin producir una falla estructural.
No linealidad
Idealmente, la salida del sensor será perfectamente lineal y una simple calibración de 2 puntos describirá exactamente el comportamiento del sensor en otras cargas. En la práctica, el sensor no es perfecto y la no linealidad describe la desviación máxima de la curva lineal. En teoría, si se usa una calibración más compleja, parte de la no linealidad se puede calibrar, pero esto requerirá una calibración de muy alta precisión con múltiples puntos.
No repetibilidad
La diferencia máxima que informará el sensor cuando se aplique exactamente el mismo peso, a la misma temperatura, en varias pruebas.
Temperatura de funcionamiento
Los extremos de temperatura ambiente dentro de los cuales funcionará la celda de carga sin cambios adversos permanentes en ninguna de sus características de desempeño.
Impedancia de salida
Corresponde aproximadamente a la impedancia de entrada. Si la impedancia de salida es muy alta, la medición del puente distorsionará los resultados. El PhidgetBridge amortigua cuidadosamente las señales provenientes de la celda de carga, por lo que en la práctica esto no es un problema.
Salida nominal
Es la diferencia en la salida del sensor entre cuando está completamente cargado a su capacidad nominal y cuando está descargado. Efectivamente, se trata de la sensibilidad del sensor y corresponde a la ganancia calculada al calibrar el sensor. Los sensores más costosos tienen una salida nominal exacta basada en una calibración individual realizada en la fábrica.
Sobrecarga segura
La carga axial máxima que se puede aplicar sin producir un cambio permanente en las características de rendimiento más allá de las especificadas.
Temperatura compensada
El rango de temperatura sobre el cual se compensa la celda de carga para mantener la salida y el equilibrio cero dentro de los límites especificados.
Efecto de la temperatura en el intervalo
El intervalo también se denomina salida nominal. Este valor es el cambio en la salida debido a un cambio en la temperatura ambiente. Se mide en un intervalo de temperatura de 10 grados C. Efecto de la temperatura en cero.
El cambio en el equilibrio de cero debido a un cambio en la temperatura ambiente. Este valor se mide en un intervalo de temperatura de 10 grados C.
Saldo cero
Zero Balance define la diferencia máxima entre los cables de salida +/- cuando no se aplica carga. Siendo realistas, cada sensor se calibrará individualmente, al menos para la salida cuando no se aplica carga. El equilibrio cero es más preocupante si la celda de carga se conecta a un circuito de amplificación: el PhidgetBridge puede manejar fácilmente enormes diferencias entre +/-. Si la diferencia es muy grande, PhidgetBridge no podrá usar la configuración de ganancia más alta.
Referencias
[1] robotshop https://www.robotshop.com/media/files/pdf/datasheet-3134.pdf, Consultado Diciembre 2020