Notas de projeto para sensores de deformação

Sensores de deformação são uma alternativa inteligente aos sensores de força com grandes forças acima de 10.000 N e são usados ​​numa ampla variedade de aplicações. Alguns exemplos são fornecidos abaixo. Outros exemplos de aplicação também podem ser encontrados no site do produto para sensores de deformação.

Medição de deformação em aplicações industriais:
 

Medição de deformação em aplicações externas difíceis:

Existem vários critérios a serem considerados para avaliar o sensor de deformação correto para a aplicação. A seleção de um sensor de deformação começa com o ambiente de utilização. Existem sensores de deformação para aplicações externas severas ou áreas industriais internas. As condições estruturais da estrutura a ser monitorizada então decidem se pode ser utilizado um sensor de deformação aparafusado ou, por exemplo, se é melhor detetar a deformação num orifício. O espaço disponível também deve ser levado em consideração, sendo que a Baumer também possui soluções para espaço limitado.
A faixa de medição do sensor de deformação deve ser selecionada de acordo com a deformação esperada na posição pretendida. Se a deformação esperada ainda não está clara, é melhor escolher um sensor de deformação com uma faixa de medição maior para a primeira tentativa. 
A maioria dos sensores de deformação já tem um sistema eletrónico integrados do amplificador, permitindo a seleção de sinais padrão como +/- 10 V, 4 ... 20 mA, CANopen. Com sensores passivos sem sistema eletrónico de amplificador, estão disponíveis para seleção amplificadores separados ou sinais de saída não amplificados em mV/V.
​​​​​​​
Sensores de deformação são concebidos para serem duráveis ​​e são ideais para aplicações cíclicas. Tempos de ciclo curtos na faixa de milissegundos são fáceis de monitorizar. Sensores de deformação com mecânica de medição apropriada também podem ser usados ​​para aplicações estáticas. Deve-se observar que as expansões que não são causadas pela carga, mas por influências externas, como mudanças de temperatura, podem falsificar o sinal de saída. No entanto, existem medidas inteligentes que compensam esses efeitos. 

Sensores de deformação aparafusados ​​são fáceis de montar e podem captar as menores deformações na área do micrómetro numa estrutura através da aplicação de força. Para determinar o local ideal para a colocação de um sensor de deformação e obter os melhores resultados possíveis, existem alguns pontos a serem considerados.

O sensor de deformação deve ser colocado em locais onde deformações mensuráveis ​​na direção apropriada podem ser esperadas na estrutura devido à ação da força. Estes são principalmente deformações ou tensões mecânicas que são geradas por flexão e cargas de tração e compressão. O método dos elementos finitos pode ser usado para determinar a deformação e direção da superfície esperadas no caso de estados de tensão multi-eixo e, portanto, a área de medição necessária no ponto pretendido. Se isso não for possível, a maneira mais fácil é tentar um sensor de deformação com uma faixa de medição maior, por exemplo, 750 ou 1000 µm/m e, assim, determinar a deformação real no ponto selecionado. Uma comparação com uma força conhecida resulta numa correlação simples com a deformação correspondente na estrutura a ser monitorizada. Obviamente, fatores como as condições estruturais, acessibilidade ou proteção do sensor de deformação também desempenham um papel importante no posicionamento dos sensores de deformação. 

Quais trechos são vantajosos para o posicionamento?

Deformação por flexão:

Ao posicionar os sensores de deformação, as deformações superficiais causadas por flexão são fáceis de determinar e, portanto, vantajosas. Nos esboços abaixo, pode encontrar alguns exemplos de onde as maiores deformações mensuráveis ​​podem ser esperadas em caso de flexão.

Deformação por tração ou carga de pressão:

Deformações por cargas de tração ou compressão também são fáceis de determinar e podem ser facilmente calculadas para determinar a área de medição esperada.
​​​​​​​

Na maioria dos casos, uma máquina a ser monitorizada resulta em deformações combinadas derivadas flexão, cargas de tração e compressão, torção, etc. Eles podem ser facilmente determinados usando um cálculo de elemento finito. Na prática, entretanto, também foi demonstrado que uma simples consideração mecânica é suficiente para definir pontos adequados na estrutura onde a deformação ocorre e pode ser medida. As expansões exatas podem ser determinadas comparando as cargas conhecidas com as expansões medidas. Claro, medidores de deformação podem ser fixados em pontos interessantes primeiro para facilitar o posicionamento apropriado do sensor de deformação.

A maioria dos sensores de deformação Baumer tem mecânica com pouca rigidez. Isso significa que a força necessária para puxar ou comprimir o sensor até sua extensão nominal é pequena. Como resultado, o sensor de deformação tem pouca influência na estrutura a ser monitorizada. Além disso, os parafusos de montagem são apenas ligeiramente tensionados, o que aumenta a qualidade do sinal estável sem possíveis movimentos sob os parafusos. Isso pode ser importante se o sensor de deformação não puder ser tarado ciclicamente.
Portanto, os sensores de deformação Baumer são adequados para aplicações estáticas e cíclicas.

Para bons resultados de medição, os sensores de deformação são firmemente aparafusados ​​ao componente usando os parafusos de fixação fornecidos. O sensor de deformação deteta deformações na área do micrómetro através de uma ligação não positiva. Pode-se fornecer orifícios cegos ou orifícios de passagem. Consulte também a secção sobre opções de montagem. Ao aparafusar um sensor de deformação estável de longo prazo com qualidade constante, a tediosa aplicação de extensómetros colados não é mais necessária.

O que se deve observar ao instalar sensores de deformação?

Para que os sensores de deformação sejam capazes de captar as deformações da superfície adequadamente e fornecer bons resultados de medição, várias condições estruturais devem ser observadas durante a instalação, que também estão listadas nas instruções de operação de cada sensor de deformação. A superfície de montagem desempenha um papel importante aqui. A deformação da estrutura básica é transferida positivamente para o sensor de deformação.

Que opções de fixação existem?

Opção 1: 
Sensores de deformação podem ser fixados na estrutura a ser monitorizada com os parafusos de fixação em orifícios cegos. 

Opção 2: 
Sensores de deformação podem ser fixados em estruturas mais finas com orifícios de passagem e uma porca.
 

Como deve ser preparada a área de montagem?

Importante:
O sensor fornece resultados de medição imprecisos se a superfície de medição estiver suja ou instalada incorretamente:

• Evite contaminação por graxa ou óleo
• Montar o sensor numa superfície plana maquinada
• Observar a rugosidade da superfície

Os respetivos parafusos de montagem, espaçamento e diâmetro dos furos podem ser encontrados nas respetivas instruções de operação.


Opção: 

Se for difícil preparar as superfícies de montagem com qualidade suficiente, podem ser usadas anilhas de esfera para compensar certos desníveis ou desvios do ângulo do orifício. 

Existem também anilhas com revestimento de diamante disponíveis no mercado (calços de fricção) que compensam ligeiras irregularidades e aumentam a fricção.

Sensores de deformação são sensores de medição de precisão com um mecanismo que foi medido na fábrica. O sensor pode ser danificado se cair estando fora da embalagem.
Observar as informações sobre armazenamento e transporte no manual de instruções.

O respetivo binário de aperto pode ser consultado no respetivo manual de instruções.

Os sensores de deformação devem medir a deformação causada pela força mecânica e não ser influenciados pela expansão térmica. Quando exposto ao calor, um corpo expande-se em todas as direções. As expansões térmicas uniformes são compensadas pela interligação adequada dos medidores de deformação no sensor de deformação. Os sensores de deformação são compensados ​​pela expansão térmica do aço. Deve-se garantir que a distribuição da temperatura no ponto selecionado seja a mais uniforme possível. Desta forma, as influências da temperatura são devidamente compensadas.

Expansão térmica:

Exemplos de coeficientes de expansão térmica α: 

Aço cromo níquel CrNi 80 20         α = 15,5 x 10^-6 [K^-1]
Aço cromado 13 Cr                          α = 11 x 10^-6 [K^-1]
Alumínio puro                              α = 23,8 x 10^-6 [K^-1]

Exemplos:
1.    Expansão numa haste em aço cromo-níquel CrNi 80 20, de 20 °C a 70 °C com comprimento lo de 1 m.
∆l   = lo x α x ∆T  = 1000 mm x 15,5 x 10^-6 [K^-1] x 50 K = 0,775 mm
Isto corresponde a 775 µm/m

2.   Expansão nunma haste de alumínio de 20 °C a 70 °C com comprimento de 1 m.
∆l   = lo x α x ∆T  = 1000 mm x 23,8 x 10^-6 [K^-1] x 50 K = 1,19 mm
Isto corresponde a 1190 µm/m

Portanto, caso se deseje monitorizar uma estrutura de alumínio com um sensor de deformação que é compensado para aço, deve-se compensar a expansão térmica de forma que ocorra apenas a expansão devido a influências mecânicas. Se for possível, é claro, tarar após cada ciclo de carga mecânica, os efeitos da expansão térmica podem ser ignorados.

Outras possibilidades para compensação de temperatura: 

• Colocação de 90° dos sensores de deformação para compensar os efeitos da temperatura ou por meio da medição da temperatura no componente.

Uma força resultante numa certa deformação pode ser determinada matematicamente ou simplesmente comparada diretamente a uma certa força. O sensor de deformação é aparafusado na estrutura descarregada e então tarado. Uma carga conhecida ou uma força definida é então aplicada à estrutura. Isso fornece a ligação entre a deformação e a força resultante. Esta calibração deve ser realizada apenas uma vez por sistema. Os sensores de deformação Baumer já estão calibrados para deformação durante a produção e, portanto, também produzem os mesmos valores medidos quando são substituídos.

Aperte o sensor de deformação e deixe-o aquecer de acordo com o manual de instruções com a fonte de alimentação ligada. (As medições não aparafusadas na mesa não fornecem resultados estáveis). O comportamento de configuração inicial pode ser minimizado carregando a estrutura a ser monitorizada 10 vezes com a carga total, se possível. Se a estrutura não estiver carregada, o sensor do amplificador deve ser tarado. Isso permite que as alterações de sinal devido à montagem sejam compensadas.

Tarar após desaparafusar:
Sensores de deformação devem ser tarados após a montagem no amplificador. Isso permite que as alterações de sinal devido à montagem sejam compensadas. 
​​​​​​​
Tarar no funcionamento:
No caso de processos cíclicos, é aconselhável tarar o sensor de deformação após cada ciclo de descarga da máquina. Isso compensa as influências da temperatura ou quaisquer movimentos ligeiros sob os parafusos de montagem. Os sensores de deformação Baumer têm principalmente uma mecânica de medição suave, que também permite medições estáticas estáveis ​​sem taragem cíclica. 

Sensores de deformação com sistema eletrónico de amplificador integrado:

Sensores de deformação com sistema eletrónico de amplificador separado:

Sensores de deformação passivos que são ligados diretamente a um controlo com um amplificador integrado:

Importante: os cabos de união ou ligação devem ter pelo menos a classe de proteção IP do sensor de deformação Por exemplo, IP69K para o DST55R com classe de proteção IP69K