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Los pernos de medición son elementos de construcción eficaces que se utilizan desde hace más de 50 años en la técnica de medición. En los libros antiguos también se les denomina vibrómetros.

Los nombres que reciben hoy en día son:
  • Perno de medición de fuerza
  • Perno de medición de carga
  • KMB
  • Eje de medición
  • Eje de medición de fuerza
En inglés, se utilizan los siguientes términos:
  • Loadpin
  • Load Pin (se utilizan ambas formas de escritura)

Índice 

1. Generalidades

    1.1 Principios de medición

    1.2 Ámbitos de la fuerza

2. Instrucciones generales de uso para pernos de medición

     2.1 Cálculo de la fuerza del perno de medición

            2.1.1 Fuerza mostrada para una aplicación transversal de fuerza

            2.1.2 Fuerza resultante con enlazamiento

     2.2 Indicaciones para un correcto montaje de pernos de medición de carga

           2.2.1 Indicaciones generales

           2.2.2 Indicaciones para el tendido de cables

           2.2.3 Condiciones ambientales

                     2.2.3.1 Temperatura

                     2.2.3.2 Agua, vapor y clase de protección IP

           2.2.4 Montaje mecánico

           2.2.5 Causas de fallo

           2.2.6 Comprobación del perno de medición de fuerza en el lugar de montaje

           2.2.7 Aplicación de la fuerza

           2.2.8 Flecha de salida

           2.2.9 Inversión de dirección de la señal de salida

           2.2.10 Fijación de los pernos de medición de fuerza

           2.2.11 Montaje experimental

    2.3 Sistema eléctrico

           2.3.1 Configuración de la electrónica del perno de medición

           2.3.2 Función de reposición a cero (tara)

           2.3.3 Función de escala (Scale)

                      2.3.3.1 Configuración de la función Scale (modo de ajuste 1)

           2.3.4 Valor umbral (open collector)

                      2.3.4.1 Configuración de la función de valor umbral (modo de ajuste 2)

    2.4 Aviso de seguridad

3. Protección contra explosiones Atex

 

Generalidades

Principios de medición

Los pernos de medición de carga utilizan fundamentalmente dos principios básicos de medición: el basado en la resistencia (resistivo) y el basado en los campos magnéticos (magnetoelástico).

En el procedimiento de medición basado en la resistencia, se aplica un puente de Wheatstone hecho de:
  • Calibres extensométricos
  • Recubrimiento de película fina
En el procedimiento de medición basado en campos magnéticos, se instala una conmutación por transformador. Como núcleo de hierro se utiliza el cuerpo de deformación. Mediante la extensión de este, se modifican las propiedades magnéticas del material y con ello la tensión en la bobina secundaria.

Ámbitos de la fuerza

En todas las hojas de datos se especifica la carga nominal, la carga de servicio, la carga límite y la carga de rotura. La descripción de estos datos se dará en este enfoque.

Carga nominal
Carga de servicio
Carga límite
Carga de rotura

Fuerza nominal Fnom
Indica la fuerza hasta la cual la exactitud nominal es válida. Es decir, si el perno de medición de fuerza se carga con fuerzas inferiores a la fuerza nominal, los resultados de medición corresponden a la exactitud especificada.

Fuerza de servicio Fu
Indica la fuerza hasta la cual el perno de medición puede cargarse de forma duradera.

Carga límite Fgr
Indica la fuerza hasta la cual el perno de medición puede cargarse una vez sin que ocurran modificaciones en el perno de medición de fuerzas. (Al llegar a la fuerza límite, el punto cero se desplazará).

Fuerza de rotura Fbr
Si se sobrepasa esta carga, hay riesgo de rotura.

Instrucciones generales de uso para pernos de medición

Cálculo de la fuerza del perno de medición

Fuerza mostrada para una aplicación transversal de fuerzaFuerza mostrada para una aplicación transversal de fuerza

Puede suceder que la fuerza aplicada cambie su dirección. Con esta ilustración puede calcularse la dimensión de la fuerza resultante en función del ángulo. Ángulo entre la dirección de medición del perno de medición y la fuerza aplicada:

Fr ... fuerza resultante


Fa …fuerza aplicada
 
Fr = Fa * cos(?)



Fuerza resultante con enlazamiento

Fuerza resultante con enlazamiento por pernos de medicion

Los pernos de medición se utilizan a menudo en sistemas de elevadores o sistemas de grúa. A su vez, los pernos de medición se montan como eje en una polea de cable. Si el perno no se envuelve con 180° desde el cable, la fuerza resultante será menor que la suma de

ambas fuerzas del cable.

Fr ...    fuerza resultante

Fa … fuerza aplicada

?...  Ángulo entre la dirección de medición del perno de medición y la fuerza aplicada

Fr = 2*Fa*cos(?)

Indicaciones para un correcto montaje de pernos de medición de carga

Indicaciones generales

  • Conserve los certificados de los pernos de medición de carga junto con sus documentos.
  • Compruebe antes de montar un perno de medición si el ámbito de medición responde a las exigencias de la aplicación.
  • Anote en sus documentos el número de serie del perno de medición y también su lugar de montaje.
  • Nunca eleve o maneje el perno de medición con el cable.
  • No extienda excesivamente el cable del perno de medición de carga.
  • Después de montar el perno de medición de carga, evite usar aparatos de soldadura, ya que la corriente fluye directamente por la célula o la inducción puede destruir la célula. El riesgo también puede evitarse conectando un cable de tierra flexible (cobre, aprox. 1cm) entre la construcción superior y el soporte inferior de la célula.

En cualquier caso, es mejor durante los trabajos de soldadura sustituir el perno de medición de carga por uno falso en la zona próxima.

Indicaciones para el tendido de cables

  • En caso necesario, los cables de conexión deberán protegerse mediante tubos protectores.
  • Los cables del perno de medición de fuerzas deben tenderse de forma separada y a una distancia razonable de cables de alta tensión y de carga.

Condiciones ambientales

Temperatura

El perno de medición de carga está calibrado normalmente para temperaturas de trabajo comprendidas entre -10 y +40 °C, con una temperatura límite comprendida entre -20 y +70 °C. A petición, los pernos de medición de carga pueden calibrarse para otro ámbito de temperaturas.

Si se emplean los sensores a temperaturas inferiores a 0°C, estos no deben limpiarse con vapor o líquidos calientes, ya que ello causará una condensación en el interior del perno de medición.

Agua, vapor y clase de protección IP
Los pernos de medición de fuerzas están fabricados con una protección IP65 (a petición pueden suministrarse otras clases de protección).Asegúrese de que los pernos de medición de carga no se utilicen donde se requiere una clase de protección superior.

Si los pernos de medición de carga deben montarse en una cavidad, deberá emplearse un tubo de desagüe, una bomba de achique u otros dispositivos de protección.

Preste atención a que el perno de medición de carga no se moje con agua.

Montaje mecánico

Maneje siempre con precaución el perno de medición de carga durante el montaje. Nunca utilice un martillo, ya que el perno de medición de fuerza es un medidor de precisión. Para garantizar la precisión, asegúrese de que la única fuerza que se aplique sobre el perno de medición de carga sea el peso que debe medirse.

Para garantizar la precisión, asegúrese de que la única fuerza que se aplique sobre el perno de medición de carga sea el peso que debe medirse. Otras fuerzas que puedan actuar desde el ambiente como vibraciones, impactos, fuerzas eólicas del viento y temperaturas, pueden alterar el resultado de medición o incluso destrozar el perno de medición de carga.

Asegúrese de que sobre el perno de medición de carga solo actúen fuerzas desde la dirección que debe medirse. La dirección de actuación se indica casi siempre con una flecha en el perno de medición de fuerza. Sin flecha, la dirección es perpendicular a la ranura del soporte del eje. Si no está seguro, póngase en contacto con el proveedor del perno de medición de carga.

Causas de fallo

Debido a su estructura robusta y sencilla, si el perno está montado correctamente no necesitará mantenimiento y su funcionamiento estará garantizado durante años. No obstante, puede producirse un fallo como consecuencia de los problemas anteriormente indicados.

Las causas de fallo más frecuentes son:
  • Sobrecarga u otros esfuerzos mecánicos más allá de los valores límite del perno de medición de carga.
  • Trabajos de soldadura cerca del perno de medición de carga
  • Sobrecalentamiento
  • Humedad en el perno de medición de carga debido a cambios bruscos de temperatura
  • Influencias químicas
  • Daños en los cables de conexión

Comprobación del perno de medición de fuerza en el lugar de montaje (solo es válido para modelos sin amplificador)

Los valores que deben medirse con un perno de medición de carga que funciona correctamente pueden consultarse en el acta de ensayo; los datos sobre la codificación de colores de los cables de conexión pueden consultarse en la hoja de datos.

La comprobación de un perno de medición de carga puede realizarse de la siguiente forma:
(Los valores indicados son válidos para un perno de medición de carga de ejecución estándar)

Medición de resistencia del puente del perno de medición de carga con el amplificador desconectado.
Entre los cables de alimentación, la resistencia (resistencia de entrada) debe ser aproximadamente de 375 Ohm.Entre los cables de alimentación, la resistencia (resistencia de entrada) debe ser aproximadamente de 350 Ohm.
Compruebe la resistencia entre el cuerpo y los cables de conexión del perno de medición de carga. El valor medido con un multímetro debe ser mayor que 3000 MOhm.

Con el perno de medición de carga conectado al amplificador, la salida mV del puente debe ser aproximadamente de 0 mV con el perno de medición de carga no cargado. Si esta salida es mayor que el 10% de la señal de salida máxima, el perno de medición de carga deberá sustituirse.
Comprobar la salida para diferentes niveles de carga conforme al certificado de comprobación (véase el siguiente ejemplo).

Ejemplo: Sensibilidad del perno de medición de carga: 2 mV/V Alimentación del puente del perno de medición de carga: 10 V


Valor medido de la salida del puente sin carga (0%) de la célula de pesar: aprox. 0 mV Valor medido de la salida del puente con carga nominal (100%): aprox. 20 mV

Valor medido de la salida del puente con 0,5 de carga nominal (50%): aprox. 10 mV Para otras cargas, los valores se calculan de la forma correspondiente.

Para pedir un perno de medición de carga nuevo, indique siempre el tipo y el número de serie del perno defectuoso.

Aplicación de la fuerzaEn cada hoja de datos encontrará en la segunda página la descripción de la situación de montaje

En cada hoja de datos encontrará en la segunda página la descripción de la situación de montaje (Mounting Situation). En esta representación esquemática se describe el modo en que debe cargarse el perno de medición. El perno de medición de fuerza suministrado se calibró exactamente en esta constelación. Una carga distinta puede modificar la calibración o incluso provocar daños al perno de medición o estropearlo.












Flecha de salida

La flecha de salida indica la dirección de carga para la cual el perno de medición de carga emite una señal positiv

 

La flecha de salida indica la dirección de carga para la cual el perno de medición de carga emite una señal positiva.

Inversión de dirección de la señal de salida

Señal de salida

Posibilidad de inversión de una

señal
Señal pasiva (mV/V)

Cambiar +Us y -Us

Salida de tensión (±10V)

Con entradas con aislamiento galvánico puede cambiarse GNDa y Ua.

Señal de corriente (4..20mA)

Un cambio de dirección no es posible




Si la aplicación de la fuerza se desvía de la dirección prescrita,

Fijación de los pernos de medición de fuerza

la medición puede resultar alterada e incluso puede destruirse el perno de medición de fuerza.

 

Fijación de los pernos de medición de fuerza

Un perno de medición de fuerza debe asegurarse para poder fijar su orientación. Debe fijarse lo siguiente:
En primer lugar, el desplazamiento axial y, en segundo lugar, la rotación. La debida fijación correcta es importante para obtener unos resultados precisos. De serie se utiliza para ello un soporte de eje conforme a DIN15058.

Montaje del soporte de eje:
En la mayoría de los casos, las ranuras del soporte de eje están diseñadas conforme a DIN15058. En esa norma se recomienda utilizar un soporte de eje y además dos soportes de eje por perno de medición de fuerza hasta un diámetro de 100 mm. Para obtener unos resultados óptimos, una pequeña separación entre el soporte del eje y la ranura del soporte del eje está prevista. Esto permite la flexión libre del perno de medición de carga en el contrasoporte.
La separación B debe ser de unos 0,2 mm.

Montaje experimental


Un perno de medición biaxial (diámetro: 40 mm), que cargó con 100 kN. La carga en diferentes ángulos de probar lo. Como puede verse en la tabla, las fuerzas que resultan de la en las direcciones x e y. La fuerza resultante y el hombre lobo ángulo por determinado.

Download .xls

tabla-pernos-de-medicion

Sistema eléctrico

Pueden suministrarse pernos de medición con el sistema electrónico integrado o como sensores pasivos con puente DMS. La sección “Sistema eléctrico” está prevista exclusivamente para pernos de medición con el sistema electrónico integrado.

La electrónica integrada tiene, gracias a un filtro digital, especialmente con frecuencias bajas de 5-105 Hz, una señal de salida estable, silenciosa y estable respecto al cero. La resolución en la salida analógica es de 4096 particiones.

Configuración de la electrónica del perno de medición

El perno de medición de fuerza con amplificador de medición integrado proporciona señales de salida analógicas de -10,0V a +10,0V o de 4-20mA. La indicación en el estado no cargado puede adaptarse con la función de reposición a cero a 0,0V o 4mA o a otros valores preajustados por parte de fábrica.

En caso de que deba indicarse la carga tanto de presión como de tracción, se recomienda la salida de tensión ±10V.

Función de reposición a cero (tara)

Al crear un impulso de control en la entrada "Tara", la señal de salida se adapta automáticamente a 0,0V o 4mA. El impulso de control debe ser como mínimo 1s high y luego 100 ms low.

Por favor tener en cuenta: ¡Al conectar la electrónica no debe haber ninguna señal High en la entrada Tara!

Función de escala (Scale)

El perno de medición cuenta opcionalmente con una función de escala. Mediante un nivel High en la "entrada Scale" se cambia la señal de medición actual existente de escala a 10,0V (o 20mA).

Antes de activar la función Scale debe utilizarse la función de reposición a cero.

Forma de proceder: el sensor se somete mecánicamente a fuerzas con el 100% de la carga. Al crear un impulso de control en la entrada "Scale", la señal de salida se alinea automáticamente a 10,0V. El impulso de control debe ser como mínimo 5s high y luego 100 ms low.

Por favor tener en cuenta: ¡En la conexión no debe haber ninguna señal High en la entrada Scale!

Configuración de la función Scale (modo de ajuste 1)

El cambio de escala del valor final también puede realizarse con menos del 100% de la carga máxima.

La proporción de la carga de calibración respecto a la carga máxima puede ajustarse en el modo de ajuste 1 en pasos de un 5%.

Forma de proceder:

  1. Desconectar la tensión de servicio

  2. Aplicar la entrada Scale (gris) a la tensión de servicio (potencial high)

  3. Conectar la tensión de servicio

  4. Separar la entrada Scale de la tensión de servicio (potencial high); (ahora el modo de ajuste 1 está activo)

  5. Al aplicar de nuevo el potencial high a la entrada Scale (durante 2 s), se eleva el umbral por un 5%.

    Al aplicar el potencial high a la entrada Tara (durante 2 s) se reduce el umbral por un 5%.

    La señal de salida muestra ahora la tensión que se indicará después de la activación de la función Scale.

    Ejemplo: Si (en el modo de ajuste 1) en la salida hay una tensión de 1,0 V, entonces debe calibrarse con el 10% de la carga máxima.

    Si (en el modo de ajuste 1) en la salida hay una tensión de 9,0 V, entonces debe calibrarse con el 90% de la carga máxima.

  6. Desconectar la tensión de servicio

  7. Conectar la tensión de servicio. El amplificador de medición vuelve a encontrarse ahora en el modo de funcionamiento normal.

Valor umbral (open collector)

El conmutador de valor umbral reacciona al excederse el valor umbral. El valor umbral fijado en el estado de suministro es del 90% del alcance de medición. Por encima del 90% del rango de medición, la salida de valor umbral se conectará a masa. Si la extensión desciende por debajo del 88%, la salida se conecta a alta impedancia.

Configuración de la función de valor umbral (modo de ajuste 2)

El umbral del interruptor de valor umbral puede ajustarse en pasos de un 5%.

Forma de proceder:

  1. Desconectar la tensión de servicio

  2. Aplicar la entrada Tara a la tensión de servicio (potencial high)

  3. Conectar la tensión de servicio

  4. Separar la entrada Tara de la tensión de servicio (potencial high) (Ahora está activo el modo de ajuste 2).

  5. Al aplicar de nuevo el potencial high a la entrada Scale, se eleva el umbral por un 5%. Al aplicar el potencial high a la entrada Tara, se reduce el umbral por un 5%. La señal de salida indica en el modo de ajuste 2 la tensión con la que se activará el valor umbral.

    Ejemplo: Si en la salida se indica una tensión de 1,0V, entonces se activará el transmisor de valor umbral con el 10% de la carga máxima y se volverá a reestablecer con el 8%.

    Si en la salida se indica una tensión de 9V, entonces se activará el transmisor de valor umbral con el 90% de la carga máxima.

  6. Desconectar la tensión de servicio

  7. Conectar la tensión de servicio. El amplificador de medición vuelve a encontrarse ahora en el modo de funcionamiento normal.

Aviso de seguridad

En el montaje, la puesta en marcha y el funcionamiento del perno de medición de carga deben observarse las normas de seguridad vigentes. con el perno de medición de carga. La inobservancia de las normas de seguridad puede tener como consecuencia graves lesiones y/o daños materiales. Antes de la puesta en marcha, comprobar si el perno de medición de carga es adecuado para el caso de aplicación. Deben observarse las indicaciones de este manual y del certificado de comprobación.

Protección contra explosiones Atex

Las áreas de uso serán divididas en tres zonas por parte del cliente.


Protección contra explosiones Atex

En principio, existen tres posibilidades de aplicar la protección contra explosiones.
  • Protección contra explosiones mediante barreras Zener

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  • Protección contra explosiones mediante blindaje
  • Protección contra explosiones mediante aprobación de un sistema electrónico integrado en el sensor.