Células de carga (teoría básica)

by on julio 20, 2017 in Blog Detección

FUNDAMENTO DE FUNCIONAMIENTO

Las Células de Carga son equipos destinados a medir el peso de objetos ó productos sólidos. Suministran una señal eléctrica que es directamente proporcional al peso del objeto.

Aunque la forma física de la Célula de Carga y el método de empleo varian según modelos, el fundamento de trabajo siempre es el mismo.

La fuerza que ejerce el peso del producto que queremos pesar, produce una deformación (inapreciable a la vista) en la Célula de Carga. Como consecuencia de esa deformación se obtiene una variación de la señal eléctrica que está suministrando. Esta variación de señal (son mili-voltios: mV) es captada por el equipo electrónico correspondiente y traducida a su equivalente en gramos, Kilogramos ó Toneladas.

La variación de señal eléctrica por la deformación se debe a una Galga Extensiométrica que lleva en su interior la Célula de Carga.

La Galga Extensiométrica se compone de 1 resistencia de cobre integrada en una base (normalmente de acero ó cerámica) que se deforma junto al cuerpo de la Célula de Carga. Al deformarse cambia su resistencia al paso de la corriente eléctrica (valor óhmico). Esta variación es detectada por el circuito eléctrico y se produce la variación de mV.

El circuito eléctrico que mide la variación de resistencia es un “ Puente de Wheastone “. Veamos su funcionamiento:

puente

Cuando la Célula de Carga está en reposo (no está sometida a ningún esfuerzo) las 4 resistencias R1 , R2 , R3 y R4 son iguales y por lo tanto (según la ley de Ohm) las intensidades i1 e i2 son idénticas y la tensión en los puntos A y B es la misma, por lo tanto la tensión entre A y B es cero ( VAB = 0).

Ahora bien, cuando sometemos la Célula de Carga a la acción de una fuerza, las resistencias (que están integradas en la galga extensiométrica) se deforman, alargandose y extrangulandose, con lo cual sus valores óhmicos varian la tensión entre los puntos A y B se desequilibra y deja de ser “0”.

Este valor de la tensión VAB es directamente proporcional al esfuerzo al que está sometida la Célula de Carga, obteniéndose una lectura del peso del producto.

La deformación de la Célula de Carga debe ser tal que no se exceda el limite en el que se produzca una deformación permanente, para que la galga extensiométrica se recupere y vuelva a su posición normal después del esfuerzo.

Por este motivo en las tablas de características, que publican los fabricantes, se expresa cual es el máximo esfuerzo que se puede ejercer sobre la Célula de Carga antes de producir una deformación permanente.

TIPOS DE CÉLULAS DE CARGA

Según la forma de someter la Célula de Carga al peso del productor podemos clasificarlas en tres tipos:

  • Células de Carga a Compresión:

celulas-compresion

  • Células de Carga a Flexión:

celulas-flexion

  • Células de Carga a Tracción:

celulas-traccion

En los esquemas anteriores, de las distintas clase de Células de Carga, se pueden ver varios formatos de cada tipo de trabajo. En el mercado se pueden encontrar Células de Carga con forma física distintas de las reflejadas pues hay un número casi infinito de encapsulados y de dimensiones.

A pesar de este gran número de formatos en las Células de Carga, no hay que “asustarse” a la hora de trabajar con ellas, pues el funcionamiento siempre es el mismo (Un puente de Wheastone colocado en una galga que se deforma y produce el desequilibrio del mismo, obteniendose una señal de mV).

CONEXIONADO

Para realizar la conexión de la Célula de Carga al elemento receptor, normalmente no hay que prever una fuente de alimentación para la primera, pues el el propio equipo visualizador el que la alimenta, ya que dispone de una fuente de 10 Vcc para tal fin.

conexionado

 

El croquis anterior nos muestra una imagen realista del conexionado. Veamos a continuación el esquema eléctrico equivalente:

esquema

Podemos apreciar en este esquema, que el Indicador Digital suministra +10 Vcc para alimentar la Célula de Carga (Hilos Rojo y Negro).

La respuesta en mV, proporcional al peso que soporta la Célula, sale por los hilos Verde (+) y Blanco (-).

La manguera de conexionado debe ir apantallada con una Malla metálica para evitar interferencias inducidas que puedan provocar problemas en la medida del peso. Naturalmente, dicha Malla debe ir conectada a “Tierra” en el extremo.

Hasta ahora hemos estado hablando de conectar una Célula de Carga a un Receptor (Indicador de célula de carga ó Autómata programables), pero muy a menudo, en la práctica real, es necesario conectar más de una Célula, pues hay que absorver todo el peso de la carga con dos, tres ó hasta cuatro Células de Carga.

La solución a este nuevo planteamiento es muy sencilla: Las Células de Carga se colocan en paralelo (tanto la alimentación como la salida de las mismas).

De esta forma, todas reciben la misma alimentación y cuando se “desequilibran” por el efecto del peso del producto, cada una suministra la misma señal de mV. Como están en paralelo, la resultante de todas juntas es dicha señal de mV.

Hay que tener en cuenta que todas las Células de Carga que se pongan en paralelo deben de ser del mismo rango. Es decir el fondo de escala en Kilogramos, de cada una, debe ser el mismo.

Veamos el esquema:

esquema1

Supongamos que tenemos una plataforma que ha de pesar un total de 1.000 Kg. Incluyendo el peso muerto (plancha donde se colocará la carga) y el peso máximo de la carga.

Entonces se necesitará 4 Células de Carga de 250 Kg. de fondo de escala cada una . Por lo tanto el peso total que pueden soportar entre las cuatro es:

4 x 250 = 1.000 Kg.

Naturalmente, para que esto sea así hay que asegurarse de que la plancha esté perfectamente horizontal. Este hecho nos asegurará que el esfuerzo soportado por cada una de las cuatro Células es el mismo: 250 Kg

plataforma

Si en lugar de cuatro Células se pusieran tres, el peso que deberian soportar cada una es de 333,33 Kg. Por lo tanto se tendria que elegir tres Células con un rango superior a este peso (por ejemplo 350 Kg.).

 

¡Muchas gracias por leernos!

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