FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS E scuela scuela A cad cadémi co P r ofesio si onal nal de de I nge ng enie ni er í a Agr A gr oi ndus ndusttr i al
INFORME SENSORES DE FUERZA DOCENTE CURSO
: ING. VICENTE SANTA CRUZ, EDGAR : AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS AGROINDUSTRIALES
CICLO
:
X
INTEGRANTES:
ARANCIBIA DÁVILA, DAMARIS
MAGUIÑA MASRTINEZ, CAMERY
POVIS ANTARA, KAILA DALILA
TAQUIRE SALAZAR, ARACELLY
TOLENTINO VASQUEZ, ANTHONY
RENGIFO SALDAÑA, BRUNO
VASQUEZ SHUÑA, CHARLY
PUCALLPA – PERÚ PERÚ 2017
I. INTRODUCCION La importancia de los sensores de fuerza es debido a que transforman la magnitud mecánica en magnitud eléctrica, fuerza ejercida en voltaje.
De todos los tipos de sensores, estos son los más confiables, tiene el menor ruido y producen las señales más fáciles de interpretar. Se los puede usar para determinar cuando el dispositivo entra en contacto con otro objeto y donde este el objeto en relación con el dispositivo. Tal información permite al maniobrar sin colisiones.
Este trabajo contiene conocimientos básicos sobre Sensores de fuerza, como parte del curso de Automatización, dando a conocer cuál es el principio de su funcionamiento, los tipos que tiene mostrando las ventajas y desventajas de su utilización. Por todo ello el grupo realizo este informe de manera ordenada y dinámica para una mejor interpretación.
II. OBJETIVOS 2.1. Objetivo general
Conocer y entender el principio y funcionamiento de los sensores de
fuerza.
2.2. Objetivo específico
Conocer los tipos de los sensores de fuerza.
Conocer las ventajas y desventajas del sensor de fuerza.
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III. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1. Sensor de Fuerza Los sensores de fuerza, o células de carga, son dispositivos que nos permiten obtener una señal eléctrica proporcional a la fuerza que se aplica sobre ellos. Estos transductores se presentan en múltiples formatos, ya que los requisitos mecánicos de los sistemas en los que se integran son también muy variados. Conviene tener en cuenta que estos dispositivos sólo miden el esfuerzo en una dirección (eje de esfuerzo), si bien pueden hacerlo en uno o dos sentidos según el modelo (tracción, compresión, o ambos). Desde este punto de vista, deben evitarse los esfuerzos en direcciones diferentes a la de medida ya que, además de que no tendremos lectura de esa componente (normalmente denominada transversal), podríamos llegar a dañar el dispositivo. Para este fin, puede resultar de gran ayuda el empleo de los complementos / accesorios mecánicos en su montaje.
Para la selección adecuada de los dispositivos, habrá que tener en cuenta el tipo de aplicación del sistema, el rango máximo de fuerza que podemos encontrar y la precisión requerida, además de los condicionantes mecánicos del sistema.
3.2. Principios
Los sensores de fuerza miden la tensión efectiva del material.
El controlador de tensión amplifica el valor tomado del sensor de fuerza
y calcula una señal de salida a partir de la diferencia con el valor de referencia.
La transmisión, freno o embrague convierten la señal de salida del
controlador al par o velocidad correspondiente.
La tensión en el material procesado se mantiene.
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3.3. Definición La seguridad de funcionamiento y la precisión en la medición determinan la productividad y la calidad del procesamiento. Los diversos tipos de procesamiento, los materiales y factores tales como la temperatura, la humedad, los diámetros variables causan constantemente variaciones de la tensión de banda en el producto procesado si no se dispone de regulación de tensión con un circuito de regulación cerrado.
3.4. Funcionamiento Los sensores de fuerza FMS registran la tensión de banda y transmiten a la unidad electrónica FMS una señal proporcional a la tensión de banda. Las características comunes a los sensores de fuerza FMS, probados uno por uno, son una extrema capacidad de sobrecarga y su probada precisión.
3.5. Ventajas -
Alta sensibilidad y lo poco que son afectados por la humedad.
-
Pequeño tamaño.
-
Pueden ser alimentados con corriente continua o corriente alterna.
-
Tienen una excelente respuesta en frecuencia.
3.6. Desventajas -
La galga solo proporciona los datos del espacio que está ocupando,
no de toda la superficie. -
La señal de salida es débil.
-
Con el tiempo la galga puede perder adhesión al espécimen de
prueba.
3.7. Tipos de sensores de fuerza 3.6.1. Sensor de muñeca Se colocan entre la extremidad del brazo robot y el efecto extremo, están constituidas por galgas de deformación que miden las pequeñas deformaciones causadas en la sujección de la muñeca por efecto de fuerzas exteriores. (Rodriguez, 2017) SENSORES DE FUERZA
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Especificaciones de estos sensores: Alta rigidez para asegurar que las perturbaciones se
amortiguan rápidamente para permitir lecturas exactas en cortos periodos de tiempo.
Diseño compacto para no restringir el movimiento del manipulador.
Linearidad.
Baja histéresis y rozamiento interno.
3.6.2. Sensores piezoeléctricos Los sensores de fuerza piezoeléctricos están pesados para la medida de golpes o picos de fuerza. Esto es así debido a su comportamiento físico, ya que al deformarse rápidamente el material interno, se produce un pico de tensión proporcional a esa deformación.
Para la medida de fuerza dinámica en ensayos, se suelen emplear las células de carga dinámicas o dinamómetros, fabricadas con galgas extensométricas, que son lo suficientemente rápidas como para seguir el evento mecánico sin perder detalle Existen muchos modelos de sensores de fuerza y células de carga en el mercado, principalmente se pueden clasificar por su tipo de medida, rango de medida o formato. A continuación hay una selección referida al rango, ya que a fin de cuentas es el que manda y en base al rango se acaba definiendo el formato y tipo de medida.
3.6.3. Sensores especiales A. Células de carga de bajo rango Las células de carga de bajo rango o sensores de fuerza de rango bajo, están pensados para la medida de fuerza en ensayos y medida de peso bajo.
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Los rangos bajos, los podríamos acotar desde los 0kg o 0N hasta los 100kg o 1000N. En estos rangos encontramos
sensores
de
fuerza
de
todo
tipo,
principalmente en versiones miniatura tipo botón, doble rosca tipo tornillo, arandela, etc. La medida puede ser tanto en compresión como en tracción o tensión. (SENSING, 2017)
B. Células de carga de rango medio Las células de carga de rango medio o sensores de fuerza de rango medio, están pensados para la medida de fuerza en ensayos y medida de peso medio.
Los rangos medios, los podríamos acotar desde los 100kg o 1000N hasta las 10t o 100kN. En estos rangos encontramos
sensores
de
fuerza
de
todo
tipo,
principalmente en versiones industriales tipo pancake, bulones de carga, arandela, etc. La medida puede ser tanto en compresión como en tracción o tensión. (SENSING, 2017)
SENSORES DE FUERZA
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C. Células de carga de rango alto Las células de carga de rango alto o sensores de fuerza de alto rango, están pensados para la medida de fuerza en ensayos y medida de peso alto o muy alto.
Podríamos decir que los rangos altos superan las 10t o 100kN, y pueden llegar en células de carga comerciales hasta las 500t o 5000kN. En estos rangos encontramos sensores de fuerza industriales de todo tipo para las pocas toneladas, cuando aumentamos estos rangos las posibilidades se acotan, ya que en rangos de cientos de toneladas
los
sensores
aumentan
el
tamaño
considerablemente.
Algunos modelos típicos son las células de fuerza tipo casquillo o arandelas para trabajar a copresión, formatos pancake para trabajar a tracción y compresión, bulones de carga, etc. (SENSING, 2017)
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D. Sensores de fuerza para baja temperatura Los sensores de fuerza para baja temperatura o células de carga para trabajar a baja temperatura, son sensores especiales que permiten trabajar o ensayar la magnitud de fuerza a medir, en condiciones de baja temperatura. Opcionalmente
se
pueden
añadir
opciones
de
compensación en temperatura, para ajustar el sensor al rango exacto de nuestra aplicación. En general, estos sensores pueden medir desde los 55ºC, rango necesario para aplicaciones en sectores como el de automoción, aeronáutico o militar. (SENSING, 2017)
E. Sensores de fuerza para alta temperatura Los sensores de fuerza para alta temperatura o células de carga para trabajar a altas temperaturas, son sensores especiales que permiten trabajar o ensayar la magnitud de fuerza a medir, en condiciones de alta temperatura. Opcionalmente
se
pueden
añadir
opciones
de
compensación en temperatura, para ajustar el sensor al rango exacto de nuestra aplicación.
En general, estos sensores pueden medir hasta los +220ºC, rango necesario para aplicaciones y ensayos en
SENSORES DE FUERZA
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sectores como el de automoción, aeronáutico o militar. (SENSING, 2017)
3.8. Ejemplos típicos de aplicaciones: -
Anillos piezoeléctricos de medida de fuerzas: A los que un tornillo
aplica un pre esfuerzo, y que deben medir fuerzas extremadamente bajas. -
Sensores fijados a una estructura con una fuerza considerable:
que deben detectar variaciones mínimas en la aplicación de fuerza con fines de monitorización.
3.9. Ámbito industrial 3.9.1. En el sector automovilístico Sensores de fuerza para cinturones: Son sensores para la medida
-
de fuerza en diferentes puntos del cinturón de seguridad para ensayos en el automóvil.
-
Sensores de fuerza para palanca de cambio: Son sensor de
fuerza triaxial para montaje en la palanca de cambios especialmente diseñado para ensayos en el automóvil.
-
Sensores de fuerza para pedal: Son sensor diseñado para la
medida de fuerza en pedales, para ensayos en los automóviles.
-
Sensores de fuerza especiales: Son células de carga diseñados
para medir fuerza en aplicaciones, para el sector industrial, automóvil, etc.
-
Sensores de fuerza y par multiaxiales: Son sensores y
transductores para la medida simultánea de fuerza y par, con múltiples canales de medida de fuerza y múltiples canales de medida de par, en la misma célula o sensor.
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3.9.2. En el sector energético Sensor de fuerza miniatura tipo arandela: Son transductor para
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medir fuerza a compresión con rangos y dimensiones muy pequeñas, para ensayos con reducido espacio.
3.9.3. En el sector de construcción civil Célula de carga a tracción-compresión: Son célula de carga con
-
alto rango para trabajar tanto a tracción como a compresión. Los formatos pueden ser en rosca macho o en rosca hembra. Rangos hasta 250t.
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Célula de carga a compresión de muy alto alcance: Son
transductores para medir fuerza con rangos muy altos, hasta 500t. Formato cilíndrico en acero inoxidable de alta protección.
3.9.4. En el sector industrial -
Se utilizan en plataforma de pesaje: Porque esta bascula, balanza
o montaje de tanques, tolvas o silos les resulta más precisa y fiable debido a su calibración electrónica digital y la facilidad para su mantenimiento en su periodo de vida útil.
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IV. CONCLUSIONES -
Se conoció el principio y funcionamiento del sensor de fuerza ya que es parte fundamental de la instrumentación ya que a través de él se pueden llevar a cabo muchos procesos en relación a diferentes variables que se buscan controlar, su aplicación se extiende a otras áreas como la industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.
-
Se reconoció los tipos de sensores de fuerza que existen ya que cada una de ellas cumple diferentes funciones, pero con un mismo principio. En la automatización industrial son los elementos que proporcionan mayor cantidad de información de relevancia para los sistemas de control, los sensores como tal se diferencia por lo que puede decirse que aprovechar al máximo sus propiedades.
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V. BIBLIOGRAFÍA
− Rodriguez, M. (18 de 11 de 2017). Obtenido de http://www.isa.cie.uva.es/~maria/sensores.pdf
− SENSING. (18 de 11 de 2017). Obtenido de http://www.sensores-demedida.es/sensing_sl/SENSORES-YTRANSDUCTORES_35/C%C3%A9lulas-de-carga---Sensores-defuerza_69/C%C3%A9lulas-de-carga-a-flexi%C3%B3n_291/
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