La influencia de la fuerza lateral en los sensores de pesaje de tipo puente y columna y las diferencias en sus escenarios de uso
En el funcionamiento real de los sistemas de pesaje, los sensores no solo soportan cargas de pesaje axiales perpendiculares a la superficie de apoyo, sino que también a menudo se enfrentan a la interferencia de la fuerza lateral a lo largo de la dirección horizontal o inclinada. Como una carga no objetivo, la fuerza lateral interrumpe el estado ideal de apoyo de fuerza del sensor, lo que lleva a una reducción de la precisión de la medición o incluso a daños en el hardware. Debido a las diferencias inherentes en el diseño estructural y los principios de apoyo de fuerza, los sensores de pesaje de tipo puente y columna tienen capacidades de tolerancia a la fuerza lateral muy diferentes, lo que define directamente sus distintas fronteras en los escenarios de aplicación. Este artículo comenzará con el mecanismo del impacto de la fuerza lateral, comparará las características anti-fuerza lateral de los dos sensores y ordenará sistemáticamente las diferencias de requisitos centrales en sus escenarios de aplicación.
La fuerza lateral se refiere a la carga no objetivo que actúa sobre el cuerpo elástico del sensor a lo largo de direcciones horizontales, inclinadas o de torsión (desviándose de la dirección de la fuerza axial del sensor, generalmente vertical) durante el pesaje. Incluye principalmente tres tipos: presión/tracción transversal, fuerza de corte y par de torsión. Aunque no es el objeto a medir por el sistema de pesaje, esta fuerza es una fuente de interferencia clave que causa errores de medición.
La fuerza lateral está estrechamente relacionada con el modo de operación y el estado del equipo del escenario de aplicación. Los escenarios comunes se pueden clasificar en tres tipos:
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Interferencia dinámica durante la operación
- Por ejemplo: Cuando una carretilla elevadora mueve un barril sobre la plataforma de pesaje, el impacto horizontal entre el barril y la plataforma genera fuerza transversal; cuando un brazo robótico agarra materiales para pesarlos, la fuerza de inercia del movimiento del brazo forma una fuerza lateral inclinada; cuando una cinta transportadora transporta materiales, el sesgo de carga causado por el desplazamiento del material se convierte en fuerza de corte lateral.
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Errores de instalación y calibración del equipo
- Si la superficie de montaje del sensor no está nivelada (tiene un ángulo de inclinación), la carga axial se descompone en un componente lateral; cuando se combinan múltiples sensores para pesar, las desviaciones en el espaciamiento del sensor o los puntos de fuerza impiden la transmisión uniforme de la carga axial, formando un par de torsión; durante la calibración, la colocación descentrada de los pesos causa presión lateral local.
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Impactos ambientales y de condiciones de trabajo
- En talleres con fuertes vibraciones, la vibración periódica del funcionamiento del equipo se transmite al sensor, formando una fuerza de impacto transversal; al pesar tanques de mezcla o recipientes de reacción, la fuerza centrífuga de los materiales internos en rotación se convierte en fuerza lateral; los equipos de pesaje al aire libre (por ejemplo, básculas para camiones) expuestos a fuertes vientos soportan la fuerza lateral horizontal de las cargas de viento.
Los diseños estructurales de los sensores de pesaje de tipo puente y columna dan como resultado diferencias significativas en sus mecanismos de respuesta, manifestaciones de error y riesgos de daño cuando se exponen a la fuerza lateral. Esto se puede analizar desde tres dimensiones: estructura del cuerpo elástico, disposición de la galga extensométrica e impacto en el rendimiento.
También conocidos como sensores de tipo viga, los sensores de pesaje de tipo puente presentan una estructura central de vigas elásticas en "forma de I", "en forma de caja" o "de doble orificio". Las vigas están conectadas a la plataforma/pedestal de pesaje a través de extremos fijos en ambos lados, con galgas extensométricas adheridas al área de apoyo de fuerza en el medio. La tolerancia a la fuerza lateral de esta estructura se deriva de dos ventajas principales:
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Adaptación direccional de la rigidez estructuralEl momento de inercia de la sección transversal de la viga elástica es mucho mayor que su contraparte axial, lo que le da una rigidez transversal extremadamente alta. Por ejemplo, un sensor de tipo puente con una carga nominal de 5t tiene una resistencia a la carga transversal del 30%–50% de la carga axial (es decir, 1,5t–2,5t). Cuando la fuerza lateral actúa sobre él, la deformación transversal de la viga elástica es de solo 0,005 mm–0,01 mm, mucho menor que la deformación de 0,1 mm–0,15 mm bajo carga axial, por lo que es poco probable que se produzca una deformación no deseada.
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Aislamiento direccional de las galgas extensométricasLas galgas extensométricas solo se adhieren a las superficies superior e inferior de la viga elástica, y la dirección de sus rejillas sensibles se alinea con la dirección axial. Solo son sensibles a la "tensión-compresión" causada por las cargas axiales. En contraste, la "tensión de corte" o "tensión de flexión" inducida por las fuerzas laterales (por ejemplo, corte transversal, par de torsión) es perpendicular a la dirección sensible de las galgas extensométricas, por lo que no se puede convertir en señales eléctricas válidas. Por lo tanto, el impacto de error de la fuerza lateral en los sensores de tipo puente generalmente se controla dentro del 0,1% FS (escala completa), y algunos modelos de alta precisión pueden incluso reducir esto al 0,05% FS.
Cabe señalar que si la fuerza lateral excede el límite de resistencia a la carga del sensor de tipo puente (generalmente el 50% de la carga axial), la viga elástica puede sufrir una deformación de flexión permanente. Esto se manifiesta como un aumento de la deriva cero del sensor (que excede el 0,02% FS/°C) y una reducción de la linealidad, lo que resulta en una pérdida irreversible de la precisión de la medición.
El cuerpo elástico de un sensor de pesaje de tipo columna tiene una estructura cilíndrica o troncocónica, con galgas extensométricas adheridas uniformemente a lo largo de la dirección circunferencial del lado del cilindro (típicamente 4 u 8 piezas, formando un circuito de medición de puente completo). Cuando está bajo fuerza, genera tensión a través de la compresión axial del cilindro. El defecto principal de esta estructura radica en su "uniformidad de rigidez axial-transversal"– la diferencia en el momento de inercia entre las secciones transversales axial y transversal del cuerpo elástico cilíndrico es pequeña, y su rigidez transversal es solo 1/3–1/5 de la de un sensor de tipo puente. Por lo tanto, la fuerza lateral causa fácilmente una deformación irreversible del cuerpo elástico, con impactos específicos como los siguientes:
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