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Como escolher uma célula de carga?

2024-07-24

Para escolher a célula de carga mais adequada para seu sistema de pesagem, você deve ter em mente muitos fatores: desde o tipo de aplicação (as características da estrutura a ser pesada, sua operação, a finalidade e o objeto a ser pesado) até as condições ambientais onde o sistema estará trabalhando.

Após identificar o modelo de célula de carga mais adequado, é importante entender sua ficha técnica, que descreve todas as suas características e fornece todos os dados para a tomada de decisão.

Mas quais são as principais características de uma célula de carga e o que elas nos dizem sobre seu desempenho?

Material

Os materiais dos quais uma célula de carga pode ser comumente feita são:

AÇO INOXIDÁVEL 17-4 PH
AÇO INOXIDÁVEL AISI-420
LIGA DE ALUMÍNIO
AÇO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 ou AISI 4340)

▷AÇO INOXIDÁVEL 17-4 PH

Dentre os diversos materiais utilizados para células de carga, este é o mais “valioso”, na verdade é o mais custoso e o melhor pararesistência à corrosão.

Seu nome oficial é AISI 630, mas é comumente chamado de 17-4 PH por sua definição "técnica". Na verdade, é composto de17 partes de níquele4 partes de cromo, enquanto PH é a abreviatura de Precipitation Hardening, que é o processo deprecipitaçãousado para endurecer o material.

▷AÇO INOXIDÁVEL AISI-420

Embora sua resistência à corrosão seja menor que a do aço inoxidável 17-4 PH, ele tem maiorresistência mecânicae é mais econômico.

▷LIGA DE ALUMÍNIO

O tipo AVIONAL é o normalmente utilizado, ou seja, aquele usado para fabricar aeronaves e componentes de aviação.
É muito útil emcélulas de carga de ponto únicoporque tem uma boa resistência aos agentes ambientais. É tambémluzefácil de trabalhar, inclusive nos acabamentos finais necessários para esse tipo de célula.

▷AÇO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 ou AISI 4340)

AISI 4140 e AISI 4340 são dois materiais muito semelhantes e, na verdade, intercambiáveis.
Eles são chamados de "aços especiais" porque têm características especiais. Eles são de fatomisturadocom substâncias como, por exemplo,crômio,níquel,molibdênioemanganêsque melhoram sua qualidade em comparação ao ferro sozinho e são sempre niquelados, caso contrário oxidam imediatamente.

Classificação de proteção (IP)

Este parâmetro classifica onível de resistênciaeapertodegabinetes elétricoscontra a entrada de objetos, poeira e água. É definido pela norma internacional IEC 60529 e corresponde à norma europeia EN 60529.

É essencial escolher a classificação de proteção de acordo com o ambiente onde a célula de carga terá que trabalhar. Os requisitos de proteção, na verdade, diferem dependendo dolugar(interno ou externo) econdições ambientaisonde o sistema será instalado, a frequente ou ocasionallavandoa célula de carga será submetida e amétodosutilizado, bem como se terá que ser imerso, a que profundidade e por quanto tempo.

É indicado pelosigla IP(Proteção de entrada) seguido por2 dígitose possivelmente pela cartaE.
Se os dígitos forem substituídos pela letraX, significa que não há dados suficientes disponíveis para especificar a classificação de proteção.

▷ Oprimeiro dígitono código indica a classificação de proteção do dispositivo contra a entrada deobjetos sólidose a possibilidade das pessoas teremcontato deliberadocom peças perigosas, como, por exemplo, os condutores elétricos.
O valor pode variar de 0 a 6, onde 6 indica um invólucro completamente selado contra poeira e fumaça, com proteção total contra contato.

▷ Osegundo dígitoem vez disso, indica o nível de proteção contra a entrada delíquidoseumidadevariando de0 a 9. Se o dígito for seguido peloletra K, significa que o componente está protegido contra a entrada de água durantealta pressãojato de águalimpeza.

Carga nominal (capacidade)

Também chamada de “carga nominal”, a capacidade é apeso máximoque a célula de carga pode suportar.

Cada tipo de sensor nasce com sua faixa de capacidade específica. Capacidade é umarestrição de natureza mecânicaque é pré-determinado no desenho de engenharia de cada célula de carga.

▷Baixa capacidadecélulas de carga pesam de alguns gramas até um máximo de 100 kg.
Eles são perfeitos quando é necessária grande precisão, como em balanças de laboratório ou balanças de contagem de peças.

▷Capacidade médiacélulas de carga podem medir de 100 kg a aproximadamente 10 toneladas métricas.
Eles são especialmente confiáveis e são usados para fazer plataformas de pesagem industriais e para pesar correias, transportadores de rolos, tremonhas, silos e tanques de pequenas e médias dimensões.

▷Alta capacidadecélulas de carga atingem até mais de 1000 toneladas métricas.
São utilizadas na construção de balanças rodoviárias, na indústria pesada e, em geral, em balanças que precisam pesar grandes cargas, como, por exemplo, silos de alta capacidade.

Para todas as capacidades, mesmonão padrõesuns, é possível solicitarcélulas de carga personalizadas, de acordo com seu próprio design e especificações.

Classe de precisão

As classes de precisão (ou classes de precisão) sãoclassificações de grupodeterminado pela Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML).
Eles descrevem ocaracterísticas metrológicasda célula de carga e são fundamentais para determinar o nível de qualidade do resultado da medição.

Para cada tipo de célula de carga, há uma classificação OIML diferente indicada por umcartaidentificando seusnível de precisão(A, B, C, D) e por umnúmeroespecificando quantosdivisões legaisa célula de carga é capaz de medir em unidades de milhares:

D1, C1, C2: baixa precisão, as células de carga podem ser usadas em usinas de concreto para pesar materiais de construção, como concreto, areia, cimento ou água.
C3, C4, C5, C6emais alto: alta precisão, adequada, por exemplo, para balanças de precisão, controladores de peso, balanças rodoviárias, sistemas de pesagem com APROVAÇÃO CE_M, sistemas de mistura e dosagem.

As autoridades emissoras (Autoridades Emissoras da OIML) e os organismos notificados pela União Europeia estão autorizados a avaliar células de carga e atribuir a classe de precisão relacionada.
Certificadosemitidos pelas autoridades emissoras são válidos em todo o mundo, enquanto os dos organismos notificados são válidos apenas na União Europeia.

A avaliação é feita através de umtestemedindo3 variáveissimultaneamente: linearidade, histerese e efeito da temperatura, verificando o erro combinado da célula de carga.

Linearidade

Esseverifica a proporcionalidadepara aumentar os valores de carga em uma célula de carga.
Os testes de carga para pontos crescentes fornecem a linha reta que une osZero pontose aponto em escala real.
Em seguida, é verificado o quanto os valores realmente lidos pela célula de carga diferem desta linha.
Odistânciaé o erro de linearidade.

Histerese

Esta é a avaliação dodiferença entrea célula de cargarespostasdurante um ciclo de carga e um ciclo de descarga subsequente.
A diferença percentual é calculada entre os mesmos pontos lidos pela célula de carga durante os dois ciclos, o que gera o erro de histerese.

Efeitos da temperatura

A célula de carga é colocada em umcâmara climática. Após estabilização da temperatura, numa faixa padrão definida pela OIML entre -10°C e +40°C,3 ciclos de carga/descargasão executados para cada temperatura.
Após o término do teste, verifica-se o quanto as médias dos valores medidos, à medida que a temperatura varia, se desviam dos erros máximos permitidos.

Oclasse de precisão apropriadadeve ser escolhido levando em consideração vários aspectos do sistema de pesagem, como atipo de planta, opropósitoetipo de mercadoriapara pesar, e muitas vezes é um compromisso entre eles.

Ocapacidadedo sistema de pesagem também desempenha um papel fundamental.
De fato, é necessário avaliar a correspondência correta entre a precisão desejada e a capacidade do sistema.

Erro combinado

Isto é osoma dos 3 erros(linearidade, histerese e efeitos da temperatura) do teste OIML descrito na seção anterior.
Este valor, expresso como uma porcentagem da escala completa, representa o erro máximo que pode ser esperado de uma célula de carga.

Por exemplo, de uma célula de carga com uma escala completa de 10000 kg e um erro combinado igual a 0,05%, seria de se esperar um erro máximo de 5 kg em toda a sua escala de medição.
Se a leitura do peso fosse 2500 kg, o "valor real" estaria entre 2495 e 2505 kg.

Intervalo mínimo de verificação (V min)

Este é o intervalo mínimo no qual a cargafaixa de medição(sua capacidade) pode ser dividida.

É obtido a partir da razão entre acapacidade máximada célula de carga e davalor Y(ou o V min relativo) estabelecido pelos testes OIML.
Na verdade, descreve a resolução da célula de carga, ou seja, o aumento mínimo de peso que a célula de carga é capaz de medir.

Este valor é essencial quando a célula de carga precisa ser usada em um sistema de pesagem aprovado para uso comercial legal.

Saída classificada

A saída nominal, expressa em mV/V, é avalor de saídaem mV que a célula de carga retorna quando a carga máxima é aplicada, dividido pelotensão de alimentaçãoem V.

O valor que encontramos na planilha de dados é aquele que observa essa condição, enquanto o valor percentual ao lado é o valor da incerteza (o quanto o valor de saída oscilará ± como uma porcentagem) e é especificado diretamente pelo construtor.

Efeito da temperatura na escala zero e completa

Isto é oerroque um aumento ou diminuição da temperatura provoca aleiturada célula de carga, ou seja, o quanto o valor zero ou da escala completa pode diferir do valor real como uma porcentagem da escala completa para cada grau centígrado na mudança de temperatura.

Se, por exemplo, uma célula de carga tem uma escala completa igual a 1000 kg e o efeito da temperatura em sua escala completa é de 0,005% FS/°C, para cada mudança em °C a leitura pode variar no máximo 0,05 kg.
Se a temperatura variar em 10°C (por exemplo, de 20°C para 30°C), a leitura variará no máximo 0,05 x 10, ou seja, 0,5 kg.

Compensação térmica

Esta é a temperaturafaixadentro do qual a célula de carga pode trabalhar observando os erros de temperatura relatados em "Efeito da temperatura na escala zero e completa".

As células de carga são de fato testadas ecompensado termicamenteem diferentes temperaturas precisamente para garantir precisão e desempenho adequado. A faixa de temperatura de compensação térmica padrão é entre -10°C e +40°C.

Faixa de temperatura de trabalho

Esta é a faixa de temperatura dentro da qual a célula de carga podetrabalhar sem quebrar, mas em que o desempenho declarado na ficha técnica não é mais garantido.

Fluência em carga nominal (após 30 min)

O valor de fluência, ou "fluxo viscoso", é a capacidade da célula de carga dedesvioofluência naturaldo material de que é composto. Na prática, quando umcarga constantefor aplicado a ele em condições ambientais estáveis, a leitura das células de carga não mudará ou mudará muito pouco.

O estado do valor na folha de dados é o possívelvariação percentual na escala completa(em kg ou mV/V) após 30 minutos da aplicação da carga nominal.
Uma menor porcentagem de fluência se traduz em umamelhor qualidade de mediçãoda célula de carga. É, de fato, fundamental que o valor de "fluência na carga nominal" seja baixo, pois isso contribui para a estabilidade da medição ao longo do tempo.

Este parâmetro também afeta opropriedades elásticasda célula de carga. Após aplicar um peso, quanto menor o valor de fluência, mais rápido o sinal zero retornará à condição inicial (célula de carga sem carga).

Tensão máxima de alimentação tolerada

Isso indica omáximofonte de energiavalorem V que a célula de carga pode suportar.
Os indicadores de peso e transmissores de peso geralmente têm um valor de alimentação padrão de5 VCC ou 10 VCC, especificamente concebido para ser perfeitamente tolerado pela célula de carga.

Também é possível utilizar dispositivos de alimentação não padronizados, mas é essencial que eles observem a tensão máxima de alimentação indicada na ficha técnica para não danificar a célula de carga.

Resistência de entrada/saída

Oentradaresistência é a resistência medida em Ohm entre os fios de alimentação da célula de carga. Asaídaa resistência é conceitualmente idêntica à resistência de entrada, mas é medida entre os fios do sinal de saída da célula de carga.

Seus valores dependem do tipo de extensômetro usado, mas normalmente ficam entre 350 e 400 Ohm ou entre 700 e 800 Ohm.

Balanceamento zero

Este é o valor, expresso como umporcentagem da saída nominal, que define o quanto o valor de saída em mV pode se desviar de zero sem carga.

Resistência de isolamento

Isso define a qualidade do isolamento entre o únicofiosda célula de carga e dacorpoda célula de carga e entre o caboescudoe cadaarameda célula de carga.

O isolamento correto faz com que a medição seja feita pela célula de cargainsensível a mudançasem potencial elétrico ou cargas elétricas no corpo da célula de carga.

Carga estática máxima

Expresso como uma porcentagem da escala completa, é a quantidade desobrecargaa célula de carga pode suportar sem ser danificada, ou seja, é "força de rendimento".

Se o valor de sobrecarga permanecer abaixo da porcentagem recomendada, que normalmente está entre 120% e 150% da escala completa, a célula de carga mantém suaelasticidade(sua capacidade de deformar e retornar a zero). Se exceder o valor percentual recomendado, a célula de carga se deformará permanentemente e então será quebrada ou danificada.

Carga de ruptura

Expresso como uma porcentagem da escala completa, é a carga máxima que a célula de carga pode suportar sem quebrar.
Este valor depende dogeometria, omateriale atipoda célula de carga e teoricamente nunca deve ser alcançado, mas é em qualquer caso importante conhecê-lo, especialmente quando se tem que fazer cálculos sobre ocoeficiente de segurançada planta.

Por exemplo, em sistemas de elevação e limitação de carga, que exigem um alto coeficiente de segurança, é necessário certificar-se de que a célula de carga utilizada tenha uma carga de ruptura maior que a padrão, que geralmente fica entre 250% e 300% do fundo de escala.

Deflexão na carga nominal

Isso indica o quanto a célula de cargadeformaem escala total, é o quanto a carga diminui quando aplicada na célula de carga.

Este valor é diferente para cada célula de carga, mas sempre está dentro de uma faixa deentre 0,2 mm e 1 mm.

Exemplo de deflexão com carga nominal de 0,5 mm em uma célula de carga AZL

Conexões elétricas

Esta parte da folha de dados refere-se inteiramente à célula de cargacabo de saída.
Além de detalhes como comprimento e diâmetro, ele também informa o número de fios que o compõem e o tamanho de sua seção transversal em mm2.

As células de carga normalmente têm4ou6 fios. A diferença está em se existem 2 fios chamados "fios de referência" (Sense + e Sense-), que são usados para melhorar a precisão da medição.

Graças aos fios de referência em cabos de 6 núcleos, as células de carga podem compensar qualquermudança na voltagem derrubarnos cabos devido, por exemplo, a mudanças de temperatura ou comprimento do cabo, sem que isso afete a medição do peso.

As células de carga de 4 fios, por outro lado, sãocalibrado e compensado termicamenteem relação ao comprimento do cabo com o qual são fornecidos de série, razão pela qual o comprimento do cabo não deve ser alterado.