Indicaciones de diseño de los sensores de alargamiento

Los sensores de alargamiento representan una alternativa inteligente a los sensores de fuerza con grandes fuerzas superiores a 10 000 N y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. A continuación, se presentan algunos ejemplos. También se pueden encontrar más ejemplos de aplicación en el sitio web para sensores de alargamiento.

Medición de alargamiento en aplicaciones industriales:
 

Medición de alargamiento en aplicaciones exteriores duras:

Existen varios criterios que se deben tener en cuenta para valorar el sensor de alargamiento adecuado para la aplicación. La selección de un sensor de alargamiento comienza con el entorno de uso. Existen sensores de alargamiento para aplicaciones exteriores duras o áreas industriales interiores. Las condiciones constructivas de la estructura que se va a comprobar determinan si se puede utilizar un sensor de alargamiento atornillable o, por ejemplo, aprovechar mejor el alargamiento en un orificio. También se debe tener en cuenta el espacio disponible, por lo que Baumer también ofrece soluciones para espacios reducidos.
El rango de medición del sensor de alargamiento debe seleccionarse de acuerdo con el alargamiento esperado en la posición prevista. Si el alargamiento esperado no está clara, es mejor elegir un sensor de alargamiento con un mayor rango de medición para un primer intento. 
La mayoría de los sensores de alargamiento ya disponen de una electrónica de amplificación integrada y, por lo tanto, se pueden seleccionar señales estándar como +/-10 V, 4...20 mA, CANopen. En el caso de sensores pasivos sin electrónica de amplificación, se puede elegir entre amplificadores independientes o señales de salida no amplificadas en mV/V. 
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Los sensores de alargamiento están concebidos para ser duraderos y son ideales para aplicaciones cíclicas. Los tiempos de ciclo breves en el rango de milisegundos pueden controlarse fácilmente. Los sensores de alargamiento con mecanismos de medición adecuados también se pueden utilizar para aplicaciones estáticas. Conviene garantizar que los alargamientos que no estén causadas por la carga sino por influencias externas, como cambios de temperatura, podrían falsear la señal de salida. Sin embargo, existen medidas sofisticadas que compensan dichos efectos. 

Los sensores de alargamietno atornillables son fáciles de montar y pueden detectar alargamientos mínimos en el rango de micrómetros en una estructura mediante la aplicación de fuerza. Se deben tener en cuenta algunos puntos para determinar el lugar óptimo para la colocación de un sensor de alargamiento y obtener los mejores resultados posibles.

El sensor de alargamiento debe colocarse en lugares donde se puedan esperar alargamientos medibles en la dirección adecuada en la estructura debido a la aplicación de fuerza. La mayoría de las veces se trata de alargamientos o tensiones mecánicas generadas por flexión y cargas de tracción-presión. El método de elemento finito se puede utilizar para determinar el alargamiento superficial esperado y la dirección en caso de estados de tensión de varios ejes y, por lo tanto, el rango de medición necesario en el punto previsto. Si esto no es posible, lo más sencillo consiste en realizar un intenso con un sensor de alargamiento con un mayor rango de medición, como 750 o 1000 µm/m, y determinar el alargamiento efectivo en el punto seleccionado. Una comparativa con una fuerza conocida provoca una correlación sencilla con el alargamiento correspondiente en la estructura que se va a controlar. Obviamente, factores como las condiciones estructurales, la accesibilidad o la protección del sensor de alargamiento también desempeñan un papel importante en el posicionamiento de los sensores de alargamiento. 

¿Qué alargamientos son beneficiosos para el posicionamiento?

Alargamiento por flexión:

En el caso del posicionamiento de sensores de alargamiento, los alargamientos superficiales causados por flexión pueden determinarse fácilmente y, por tanto, ofrecen numerosas ventajas. En los siguientes esquemas, puede encontrar algunos ejemplos sobre lugares donde se pueden esperar los mayores alargamientos medibles al flexionar.

Alargamiento por tracción o carga de presión:

Los alargamientos por cargas de tracción o presión también pueden determinarse fácilmente y se pueden calcular fácilmente para definir el rango de medición esperado.
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En la mayoría de los casos, se obtienen alargamientos combinados por flexión, cargas de tracción y presión, torsión, etc. en la máquina a controlar. Estos se pueden determinar fácilmente mediante un cálculo de elementos finitos. Sin embargo, la práctica también ha demostrado que una simple consideración mecánica basta para definir puntos adecuados en la estructura donde se producen y se pueden medir alargamientos. Los alargamientos precisos se pueden determinar mediante una comparativa con las cargas conocidas con respecto a los alargamientos medidos. Obviamente, las galgas extensométricas también se pueden adherir a puntos interesantes para facilitar el posicionamiento del sensor de alargamiento.

La mayoría de los sensores de alargamiento de Baumer cuentan con una mecánica de poca rigidez. Esto significa que la fuerza necesaria para tirar o comprimir el sensor hasta su alargamiento nominal es reducida. Por lo tanto, el sensor de alargamiento influye poco en la estructura a controlar. Además, los tornillos de montaje solo están sometidos a una ligera carga, lo que aumenta la calidad de la señal estable sin posibles movimientos debajo de los tornillos. Esto puede resultar útil si el sensor de alargamiento no se puede ajustar cíclicamente a cero.
Por lo tanto, los sensores de alargamiento de Baumer son adecuados tanto para aplicaciones estáticas como cíclicas.

Los sensores de alargamiento se atornillan con firmeza al componente con los tornillos de fijación suministrados para obtener buenos resultados de medición. El sensor de alargamiento detecta alargamientos en el rango de micrómetros a través de una conexión de fuerza. De esa forma, se pueden proporcionar agujeros ciegos u orificios de paso. Véase también la sección Opciones de fijación. Atornillar un sensor de alargamiento estable a largo plazo con calidad constante permite prescindir de la tediosa adhesión de cintas de medición del alargamiento.

¿Qué se debe tener en cuenta al montar sensores de alargamiento?

A fin de que los sensores de alargamiento puedan captar correctamente los alargamientos superficiales y ofrecer buenos resultados de medición, se deben tener en cuenta varias condiciones durante el montaje. Dichas condiciones se enumeran en las instrucciones de cada sensor de alargamiento. La superficie de montaje desempeña un papel importante en este aspecto. El alargamiento de la estructura básica se transfiere con fuerza al sensor de alargamiento.

¿Qué opciones de fijación existen?

Opción 1: 
Los sensores de alargamiento se pueden fijar a la estructura a controlar mediante los tornillos de fijación en los agujeros ciegos. 

Opción 2: 
Los sensores de alargamiento se pueden fijar a estructuras más finas con orificios pasantes y una tuerca.
 

¿Cómo se debe preparar la superficie de montaje?

Importante:
El sensor proporciona resultados de medición imprecisos si la superficie de medición está sucia o en caso de montaje inadecuado:

• Evitar la suciedad por grasa o aceite
• Montar el sensor en una superficie plana mecanizada
• Tener en cuenta la rugosidad superficial

Los correspondientes tornillos de montaje, la distancia entre orificios y el diámetro se pueden consultar en las instrucciones.


Opción: 

Si resulta complicado preparar las superficies de montaje con calidad suficiente, se pueden utilizar arandelas de bolas para compensar ciertas irregularidades o desviaciones del ángulo del orificio. 

También se pueden obtener arandelas diamantadas en el mercado (Friction shims) que compensan ligeras las irregularidades y aumentan la fricción.

Los sensores de alargamiento son sensores de medición de precisión con un mecanismo medido de fábrica. El sensor puede sufrir daños si se cae sin embalaje.
Consulte los avisos sobre almacenamiento y transporte en las instrucciones.

El par de apriete se puede consultar en las instrucciones en cuestión.

Los sensores de alargamiento deben medir el alargamiento debido a la influencia de la fuerza mecánica y no verse influenciados por la dilatación térmica. En caso de exposición al calor, un cuerpo se alarga en todas direcciones. Las dilataciones térmicas uniformes se compensan mediante la interconexión adecuada de las galgas extensométricas en el sensor de alargamiento. Los sensores de alargamiento se compensan a la dilatación térmica del acero. Se debe garantizar que la distribución de temperatura en el punto seleccionado sea lo más uniforme posible. De esta manera, la influencia de la temperatura se compensa de forma adecuada.

Dilatación térmica:

Ejemplos de coeficientes de dilatación térmica α: 

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

Ejemplos:
1.    Alargamiento en caso de una barra de acero al cromo-níquel CrNi 80 20, de 20 °C a 70 °C con una longitud 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
Esto se corresponde con 775 µm/m

2.   Alargamiento en caso de una barra de aluminio de 20 °C a 70 °C con una longitud lo 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
Esto se corresponde con 1190 µm/m

Se desea controlar una estructura de aluminio con un sensor de alargamiento compensado por acero, debe compensarse la dilatación térmica para que solo exista alargamiento debido a influencias mecánicas. Si se puede ajustar a cero tras cada ciclo de carga mecánica, se pueden despreciar los efectos de la dilatación térmica.

Otras opciones para la compensación de temperatura: 

• Colocación de sensores de alargamiento a 90° para compensar los efectos de la temperatura o mediante la medición de temperatura en el componente.

Una fuerza resultante en determinado alargamiento puede calcularse matemáticamente o simplemente compararse directamente con determinada fuerza. Para ello, el sensor de alargamiento se atornilla a la estructura sin carga y, a continuación, se ajusta a cero. Posteriormente, se aplica a la estructura una carga conocida o una fuerza definida, lo que establece una relación entre el alargamiento y la fuerza resultante. Dicha calibración solo debe realizarse una vez por instalación. Los sensores de alargamiento de Baumer ya se calibran al alargamiento durante la producción y, por lo tanto, también generan los mismos valores de medición en caso de sustitución.

Atornillar el sensor de alargamiento y dejar que se caliente con la fuente de alimentación encendida conforme a las instrucciones. (Las mediciones no atornilladas a una mesa no proporcionan resultados estables). El comportamiento de asentamiento inicial se puede minimizar cargando, si es posible, la estructura a controlar 10 veces a plena carga. En caso de estructura sin carga, se debe ajustar a cero el sensor del amplificador. Esto permite compensar las modificaciones de señal debidos al montaje.

Ajuste a cero tras el atornillado:
Los sensores de alargamiento deben ajustarse a cero tras montarse en el amplificador Esto permite compensar las modificaciones de señal debidos al montaje. 
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Ajuste a cero durante el servicio:
En el caso de procesos cíclicos, se recomienda ajustar a cero el sensor de alargamiento tras cada ciclo cuando la máquina está descargada. De esta manera, se compensan las influencias de la temperatura o cualquier leve movimiento debajo de los tornillos de montaje. Los sensores de alargamiento de Baumer cuentan, sobre todo, con mecanismos de medición suaves, que también permiten mediciones estáticas estables sin ajuste cíclico a cero. 

Sensores de alargamiento con electrónica de amplificación integrada:

Sensores de alargamiento con electrónica de amplificación independiente:

Sensores de alargamiento pasivos conectados directamente a un control con amplificador integrado:

Importante: Los cables de conexión deben contar, al menos, con el tipo de protección IP del sensor de alargamiento. Por ejemplo, IP69K en DST55R con tipo de protección IP69K