Celle di carico Guida 301
301 Cella di carico
Caratteristiche e applicazioni delle celle di carico
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Benvenuti nella guida Interface Load Cell 301, una risorsa tecnica indispensabile scritta da esperti di misurazione della forza del settore. Questa guida avanzata è progettata per ingegneri di test e utenti di dispositivi di misurazione che cercano informazioni complete sulle prestazioni e sull'ottimizzazione delle celle di carico.
In questa guida pratica esploriamo argomenti critici con spiegazioni tecniche, visualizzazioni e dettagli scientifici essenziali per comprendere e massimizzare la funzionalità delle celle di carico in diverse applicazioni.
Scopri come la rigidità intrinseca delle celle di carico influisce sulle loro prestazioni in diverse condizioni di carico. Successivamente, indagheremo la frequenza naturale delle celle di carico, analizzando scenari sia con carico leggero che con carico pesante per comprendere come le variazioni di carico influenzano la risposta in frequenza.
La risonanza da contatto è un altro aspetto cruciale trattato ampiamente in questa guida, che fa luce sul fenomeno e sulle sue implicazioni per misurazioni accurate. Inoltre, discutiamo dell'applicazione dei carichi di calibrazione, sottolineando l'importanza di condizionare la cella e affrontare gli impatti e l'isteresi durante le procedure di calibrazione.
I protocolli di test e le calibrazioni vengono esaminati attentamente, fornendo linee guida sensate per garantire precisione e affidabilità nei processi di misurazione. Approfondiremo inoltre l'applicazione dei carichi in uso, concentrandoci sulle tecniche di carico in asse e sulle strategie per controllare i carichi fuori asse per migliorare la precisione della misurazione.
Inoltre, esploriamo metodi per ridurre gli effetti di carico estranei ottimizzando la progettazione, offrendo preziosi spunti per mitigare le influenze esterne sulle prestazioni delle celle di carico. Vengono inoltre discusse in dettaglio la capacità di sovraccarico con carichi estranei e la gestione dei carichi d'impatto per fornire agli ingegneri le conoscenze necessarie per salvaguardare le celle di carico da condizioni avverse.
La Guida alla cella di carico dell'interfaccia 301 fornisce informazioni preziose per ottimizzare le prestazioni, migliorare la precisione e garantire l'affidabilità dei sistemi di misurazione in varie applicazioni.
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Caratteristiche e applicazioni delle celle di carico
Rigidità delle celle di carico
I clienti desiderano spesso utilizzare una cella di carico come elemento nella struttura fisica di una macchina o di un assieme. Vorrebbero quindi sapere come reagirebbe la cella alle forze sviluppate durante l'assemblaggio e il funzionamento della macchina.
Per le altre parti di una macchina del genere che sono realizzate con materiali di serie, il progettista può cercare le loro caratteristiche fisiche (come espansione termica, durezza e rigidità) nei manuali e determinare le interazioni delle sue parti in base al suo progetto. Tuttavia, poiché una cella di carico è costruita su una flessione, che è una parte lavorata a macchina complessa i cui dettagli sono sconosciuti al cliente, la sua reazione alle forze sarà difficile da determinare per il cliente.
È un esercizio utile considerare come una semplice flessione risponde ai carichi applicati in direzioni diverse. La figura 1 mostra exampdi una semplice flessione realizzata rettificando una scanalatura cilindrica su entrambi i lati di un pezzo di acciaio. Variazioni di questa idea sono ampiamente utilizzate in macchine e banchi di prova per isolare le celle di carico dai carichi laterali. In questo esempioample, la flessione semplice rappresenta un elemento in un progetto di macchina, non una cella di carico effettiva. La sezione sottile della flessione semplice agisce come un cuscinetto virtuale senza attrito con una piccola costante elastica rotazionale. Pertanto, la costante elastica del materiale potrebbe dover essere misurata e calcolata nelle caratteristiche di risposta della macchina. 
Se applichiamo una forza di trazione (FT) o una forza di compressione (FC) alla flessione a un angolo rispetto alla sua linea centrale, la flessione verrà distorta lateralmente dalla componente vettoriale (F TX) o (FCX) come mostrato dal contorno tratteggiato. Sebbene i risultati sembrino abbastanza simili per entrambi i casi, sono drasticamente diversi.
Nel caso di trazione della Figura 1, la flessione tende a piegarsi in allineamento con la forza fuori asse e la flessione assume una posizione di equilibrio in modo sicuro, anche sotto notevole tensione.
Nel caso compressivo, la reazione della flessione, come mostrato nella Figura 2, può essere altamente distruttiva, anche se la forza applicata è esattamente della stessa entità e viene applicata lungo la stessa linea d'azione della forza di trazione, perché la flessione si piega lontano dalla linea d'azione della forza applicata. Ciò tende ad aumentare la forza laterale (F CX) con il risultato che la flessione
si piega ancora di più. Se la forza laterale supera la capacità della flessione di resistere al movimento di rotazione, la flessione continuerà a piegarsi e alla fine cederà. Quindi, la modalità di cedimento in compressione è il collasso per flessione e si verificherà a una forza molto inferiore a quella che può essere applicata in sicurezza in tensione.
La lezione da imparare da questo exampIl motivo è che è necessario prestare estrema cautela quando si progettano applicazioni di celle di carico di compressione che utilizzano strutture colonnari. Lievi disallineamenti possono essere amplificati dal movimento della colonna sotto carico di compressione e il risultato può variare da errori di misurazione al completo cedimento della struttura.
Il precedente esample dimostra uno dei principali vantaggitages dell'Interface® LowProfile® progettazione delle celle. Poiché la cella è così corta rispetto al suo diametro, non si comporta come una cella di colonna sotto carico di compressione. È molto più tollerante nei confronti del carico disallineato rispetto a una cella di colonna.
La rigidità di qualsiasi cella di carico lungo il suo asse primario, il normale asse di misurazione, può essere calcolata facilmente data la capacità nominale della cella e la sua deflessione al carico nominale. I dati sulla deflessione delle celle di carico sono reperibili nel catalogo Interface® e websito.
NOTA:
Tieni presente che questi valori sono tipici, ma non sono specifiche controllate per le celle di carico. In generale, le flessioni sono caratteristiche del design della flessione, del materiale della flessione, dei fattori di calibro e della calibrazione finale della cella. Questi parametri sono controllati singolarmente, ma l'effetto cumulativo può avere una certa variabilità.
Utilizzando la flessione SSM-100 nella Figura 3, come esempioample, la rigidezza nell'asse primario (Z) può essere calcolata come segue:
Questo tipo di calcolo è vero per qualsiasi cella di carico lineare sul suo asse primario. Al contrario, le rigidezze degli assi (X) e (Y) sono molto più complicate da determinare teoricamente e non sono solitamente di interesse per gli utenti di Mini Cells, per il semplice motivo che la risposta delle celle su quei due assi non è controllata come lo è per LowProfile® serie. Per le Mini Cells, è sempre consigliabile evitare il più possibile l'applicazione di carichi laterali, perché l'accoppiamento di carichi fuori asse nell'uscita dell'asse primario può introdurre errori nelle misurazioni.
Per esempioample, l'applicazione del carico laterale (FX) fa sì che i calibri in A vedano la tensione e i calibri in (B) vedano la compressione. Se le flessioni in (A) e (B) fossero identiche e i fattori di calibro dei calibri in (A) e (B) fossero abbinati, ci aspetteremmo che l'output della cella annulli l'effetto del carico laterale. Tuttavia, poiché la serie SSM è una cella di utilità a basso costo che viene in genere utilizzata in applicazioni con carichi laterali bassi, il costo aggiuntivo per il cliente per bilanciare la sensibilità del carico laterale non è solitamente giustificabile.
La soluzione corretta in cui possono verificarsi carichi laterali o momenti è quella di disaccoppiare la cella di carico da tali forze estranee mediante l'uso di un cuscinetto dell'estremità dello snodo su una o entrambe le estremità della cella di carico.
Per esempioampa sinistra, Figura 4, mostra una tipica installazione di celle di carico per il peso di un barile di carburante posizionato su un piatto di pesatura, per pesare il carburante utilizzato nelle prove del motore.
Una forcella è fissata saldamente alla trave di supporto mediante il relativo perno. Il cuscinetto dell'estremità dell'asta è libero di ruotare attorno all'asse del perno di supporto e può anche spostarsi di circa ±10 gradi in rotazione sia dentro che fuori dalla pagina e attorno all'asse primario della cella di carico. Queste libertà di movimento assicurano che il carico di tensione rimanga sulla stessa linea centrale dell'asse primario della cella di carico, anche se il carico non è centrato correttamente sul piatto della bilancia.
Si noti che la targhetta sulla cella di carico è capovolta perché l'estremità morta della cella deve essere montata sull'estremità di supporto del sistema.
Frequenza naturale della cella di carico: caso leggermente caricato
Spesso una cella di carico viene utilizzata in una situazione in cui un carico leggero, come un piatto di pesatura o un piccolo dispositivo di prova, viene collegato all'estremità attiva della cella. L'utente vorrebbe sapere con quale rapidità la cella risponderà a una variazione del carico. Collegando l'uscita di una cella di carico a un oscilloscopio ed eseguendo un semplice test, possiamo apprendere alcuni fatti sulla risposta dinamica della cella. Se montiamo saldamente la cella su un blocco massiccio e quindi tocchiamo molto leggermente l'estremità attiva della cella con un piccolo martello, vedremo un
damped treno di onde sinusoidali (una serie di onde sinusoidali che diminuiscono progressivamente fino a zero).
NOTA:
Usare estrema cautela quando si applica un impatto a una cella di carico. I livelli di forza possono danneggiare la cella, anche per intervalli molto brevi.
La frequenza (numero di cicli che si verificano in un secondo) della vibrazione può essere determinata misurando il tempo (T ) di un ciclo completo, da un passaggio per lo zero positivo al successivo. Un ciclo è indicato nell'immagine dell'oscilloscopio nella Figura 5, dalla linea di traccia in grassetto. Conoscendo il periodo (tempo per un ciclo), possiamo calcolare la frequenza naturale di oscillazione libera della cella di carico ( fO) dalla formula:
La frequenza naturale di una cella di carico è interessante perché possiamo utilizzare il suo valore per stimare la risposta dinamica della cella di carico in un sistema con carico leggero.
NOTA:
Le frequenze naturali sono valori tipici, ma non sono una specifica controllata. Sono fornite nel catalogo Interface® solo come assistenza all'utente.
Il sistema massa-molla equivalente di una cella di carico è mostrato nella Figura 6. 
La massa (M1) corrisponde alla massa dell'estremità attiva della cella, dal punto di attacco alle sezioni sottili della flessione. La molla, con costante elastica (K), rappresenta la velocità elastica della sezione di misurazione sottile della flessione. La massa (M2), rappresenta la massa aggiunta di qualsiasi dispositivo di fissaggio che è attaccato all'estremità attiva della cella di carico.
La figura 7 mette in relazione queste masse teoriche con le masse effettive in un sistema di celle di carico reale. Si noti che la costante elastica (K ) si verifica sulla linea di demarcazione nella sezione sottile della flessione.
La frequenza naturale è un parametro di base, il risultato della progettazione della cella di carico, quindi l'utente deve comprendere che l'aggiunta di qualsiasi massa sull'estremità attiva della cella di carico avrà l'effetto di abbassare la frequenza naturale totale del sistema. Ad esempioample, possiamo immaginare di tirare leggermente verso il basso la massa M1 nella Figura 6 e poi lasciarla andare. La massa oscillerà su e giù a una frequenza determinata dalla costante elastica (K ) e dalla massa di M1.
Infatti, le oscillazioni saranno damp con il passare del tempo, in modo molto simile a quanto mostrato nella Figura 5.
Se ora fissiamo la massa (M2) su (M1),
l'aumento del carico di massa abbasserà la frequenza naturale del sistema molla-massa. Fortunatamente, se conosciamo le masse di (M1 ) e (M2) e la frequenza naturale della combinazione molla-massa originale, possiamo calcolare la quantità di cui la frequenza naturale verrà abbassata dall'aggiunta di (M2 ), in base alla formula:
Per un ingegnere elettrico o elettronico, la calibrazione statica è un parametro (DC), mentre la risposta dinamica è un parametro (AC). Ciò è rappresentato nella Figura 7, dove la calibrazione DC è mostrata sul certificato di calibrazione di fabbrica, e gli utenti vorrebbero sapere quale sarà la risposta della cella a una certa frequenza di pilotaggio che utilizzeranno nei loro test.
Notare la spaziatura uguale delle linee della griglia “Frequenza” e “Uscita” nel grafico nella Figura 7. Entrambe sono funzioni logaritmiche; ovvero rappresentano un fattore 10 da una linea della griglia a quella successiva. Per esampAd esempio, “0 db” significa “nessun cambiamento”; “+20 db” significa “10 volte tanto quanto 0 db”; “–20 db” significa “1/10 tanto quanto 0 db”; e “–40 db” significa “1/100 tanto quanto 0 db”.
Utilizzando la scala logaritmica, possiamo mostrare un intervallo di valori più ampio e le caratteristiche più comuni risultano essere linee rette sul grafico. Ad esempioampa sinistra, la linea tratteggiata mostra la pendenza generale della curva di risposta al di sopra della frequenza naturale. Se continuassimo il grafico verso il basso e verso destra, la risposta diventerebbe asintotica (sempre più vicina) alla linea retta tratteggiata.
NOTA:
La curva nella Figura 63 è fornita solo per rappresentare la risposta tipica di una cella di carico leggermente caricata in condizioni ottimali. Nella maggior parte delle installazioni, le risonanze nei dispositivi di fissaggio, nel telaio di prova, nel meccanismo di azionamento e nell'UUT (unità sottoposta a test) prevarranno sulla risposta della cella di carico.
Frequenza naturale della cella di carico: custodia con carico elevato
Nei casi in cui la cella di carico è accoppiata meccanicamente in modo strettamente saldo a un sistema in cui le masse dei componenti sono significativamente più pesanti della massa della cella di carico stessa, la cella di carico tende a comportarsi più come una semplice molla che collega l'elemento motore all'elemento condotto nel sistema.
Il problema per il progettista del sistema diventa quello di analizzare le masse nel sistema e la loro interazione con la costante elastica molto rigida della cella di carico. Non c'è correlazione diretta tra la frequenza naturale scarica della cella di carico e le risonanze pesantemente caricate che saranno viste nel sistema dell'utente.
Contatta Risonanza
Quasi tutti hanno fatto rimbalzare una palla da basket e hanno notato che il periodo (tempo tra i cicli) è più breve quando la palla rimbalza più vicina al pavimento.
Chiunque abbia giocato a un flipper ha visto la pallina rimbalzare avanti e indietro tra due pali metallici; più i pali si avvicinano al diametro della pallina, più velocemente la pallina rimbalzerà. Entrambi questi effetti di risonanza sono guidati dagli stessi elementi: una massa, uno spazio libero e un contatto elastico che inverte la direzione di marcia.
La frequenza di oscillazione è proporzionale alla rigidezza della forza di richiamo, ed inversamente proporzionale sia alla dimensione dell'intercapedine che alla massa. Questo stesso effetto di risonanza si trova in molte macchine e l'accumulo di oscillazioni può danneggiare la macchina durante il normale funzionamento.
Per esempioample, nella Figura 9, viene utilizzato un dinamometro per misurare la potenza di un motore a benzina. Il motore in prova aziona un freno idraulico il cui albero di uscita è collegato a un braccio di raggio. Il braccio è libero di ruotare, ma è vincolato dalla cella di carico. Conoscendo i giri al minuto del motore, la forza sulla cella di carico e la lunghezza del braccio di raggio, possiamo calcolare la potenza del motore.
Se osserviamo il dettaglio del gioco tra la sfera del cuscinetto dell'estremità dello stelo e il manicotto del cuscinetto dell'estremità dello stelo nella Figura 9, troveremo una dimensione del gioco, (D), a causa della differenza di dimensione della sfera e la sua manica costrittiva. La somma dei due giochi delle sfere, più qualsiasi altro gioco nel sistema, costituirà il “gap” totale che può causare una risonanza di contatto con la massa del braccio radiale e la rigidità della molla della cella di carico.
All'aumentare della velocità del motore, potremmo trovare un certo numero di giri al quale la velocità di accensione dei cilindri del motore corrisponde alla frequenza di risonanza di contatto del dinamometro. Se riteniamo che l'RPM, si verificherà un ingrandimento (moltiplicazione delle forze), si accumulerà un'oscillazione di contatto e sulla cella di carico potrebbero essere facilmente imposte forze di impatto pari a dieci o più volte la forza media.
Questo effetto sarà più pronunciato quando si testa un motore per tosaerba a un cilindro rispetto a quando si testa un motore automobilistico a otto cilindri, perché gli impulsi di accensione vengono attenuati mentre si sovrappongono nel motore dell'auto. In generale, l'aumento della frequenza di risonanza migliorerà la risposta dinamica del dinamometro.
L’effetto della risonanza di contatto può essere minimizzato:
- Utilizzando cuscinetti a snodo di alta qualità, che presentano un gioco molto ridotto tra la sfera e la sede.
- Serrare il bullone del cuscinetto dell'estremità dell'asta per garantire che la sfera sia ben serrataamped a posto.
- Rendere il telaio del dinamometro il più rigido possibile.
- Utilizzo di una cella di carico con capacità maggiore per aumentarne la rigidità.
Applicazione dei carichi di calibrazione: condizionamento della cella
Qualsiasi trasduttore che dipende dalla deflessione di un metallo per il suo funzionamento, come una cella di carico, un trasduttore di coppia o un trasduttore di pressione, conserva una cronologia dei suoi carichi precedenti. Questo effetto si verifica perché i piccoli movimenti della struttura cristallina del metallo, per quanto piccoli, hanno in realtà una componente di attrito che si manifesta come isteresi (non ripetizione di misurazioni effettuate da direzioni diverse).
Prima dell'esecuzione della calibrazione, la cronologia può essere cancellata dalla cella di carico mediante l'applicazione di tre carichi, da zero a un carico che supera il carico più alto nell'esecuzione della calibrazione. Di solito, viene applicato almeno un carico compreso tra il 130% e il 140% della capacità nominale, per consentire il corretto posizionamento e bloccaggio delle attrezzature di prova nella cella di carico.
Se la cella di carico è condizionata e i carichi vengono eseguiti correttamente, si otterrà una curva con le caratteristiche (ABCDEFGHIJA), come in Figura 10.
Tutti i punti cadranno su una curva regolare e la curva si chiuderà al ritorno a zero. 
Inoltre, se il test viene ripetuto ed i carichi vengono eseguiti correttamente, i punti corrispondenti tra la prima e la seconda esecuzione cadranno molto vicini tra loro, dimostrando la ripetibilità delle misurazioni.
Applicazione dei carichi di calibrazione: impatti e isteresi
Ogni volta che un ciclo di calibrazione produce risultati che non hanno una curva regolare, non si ripetono bene o non tornano a zero, la configurazione del test o la procedura di caricamento dovrebbero essere il primo punto da controllare.
Per esempioample, la Figura 10 mostra il risultato dell'applicazione di carichi in cui l'operatore non è stato attento quando è stato applicato il carico del 60%. Se il peso fosse stato lasciato cadere leggermente sul rack di carico e applicato un impatto dell'80% del carico e poi riportato al punto del 60%, la cella di carico funzionerebbe su un ciclo di isteresi minore che finirebbe nel punto (P) invece che nel punto (D). Continuando il test, il punto dell'80% finirebbe in (R) e il punto del 100% finirebbe in (S). I punti discendenti cadrebbero tutti sopra i punti corretti e il ritorno a zero non si chiuderebbe.
Lo stesso tipo di errore può verificarsi su un telaio di prova idraulico se l'operatore supera l'impostazione corretta e poi riporta la pressione al punto corretto. L'unica soluzione per l'impatto o il superamento è ricondizionare la cella e ripetere il test.
Protocolli di test e calibrazioni
Le celle di carico vengono condizionate di routine in una modalità (tensione o compressione) e poi calibrate in quella modalità. Se è richiesta anche una calibrazione nella modalità opposta, la cella viene prima condizionata in quella modalità prima della seconda calibrazione. Pertanto, i dati di calibrazione riflettono il funzionamento della cella solo quando è condizionata nella modalità in questione.
Per questo motivo, è importante determinare il protocollo di prova (la sequenza di applicazioni di carico) che il cliente intende utilizzare, prima che possa aver luogo una discussione razionale sulle possibili fonti di errore. In molti casi, deve essere ideata un'accettazione di fabbrica speciale per garantire che i requisiti dell'utente saranno soddisfatti.
Per applicazioni molto rigorose, gli utenti sono generalmente in grado di correggere i loro dati di prova per la non linearità della cella di carico, rimuovendo così una quantità sostanziale dell'errore totale. Se non sono in grado di farlo, la non linearità farà parte del loro budget di errore.
La non ripetibilità è essenzialmente una funzione della risoluzione e della stabilità dell'elettronica di condizionamento del segnale dell'utente. Le celle di carico hanno in genere una non ripetibilità migliore dei telai di carico, dei dispositivi e dell'elettronica utilizzati per misurarla.
La fonte di errore rimanente, l'isteresi, dipende fortemente dalla sequenza di caricamento nel protocollo di test dell'utente. In molti casi, è possibile ottimizzare il protocollo di test in modo da ridurre al minimo l'introduzione di isteresi indesiderate nelle misurazioni.
Tuttavia, ci sono casi in cui gli utenti sono vincolati, da un requisito esterno del cliente o da una specifica interna del prodotto, a far funzionare una cella di carico in un modo indefinito che darà luogo a effetti di isteresi sconosciuti. In tali casi, l'utente dovrà accettare l'isteresi del caso peggiore come specifica operativa.
Inoltre, alcune celle devono essere utilizzate in entrambe le modalità (tensione e compressione) durante il loro normale ciclo di utilizzo senza poter ricondizionare la cella prima di cambiare modalità. Ciò determina una condizione chiamata toggle (non ritorno a zero dopo aver eseguito il looping attraverso entrambe le modalità).
Nella normale produzione di fabbrica, l'entità dell'oscillazione rientra in un intervallo ampio, in cui il caso peggiore è approssimativamente uguale o leggermente maggiore dell'isteresi, a seconda del materiale di flessione della cella di carico e della capacità.
Fortunatamente, esistono diverse soluzioni al problema dell'interruttore:
- Utilizzare una cella di carico con capacità maggiore in modo che possa funzionare su un intervallo più piccolo della sua capacità. Il toggle è più basso quando l'estensione nella modalità opposta è una percentuale minoretage della capacità nominale.
- Utilizzare una cella realizzata con un materiale di toggle inferiore. Contattare la fabbrica per consigli.
- Specificare un criterio di selezione per la normale produzione in fabbrica. La maggior parte delle celle ha un intervallo di toggle che può produrre abbastanza unità dalla distribuzione normale. A seconda del tasso di produzione in fabbrica, il costo per questa selezione è solitamente abbastanza ragionevole.
- Specificare specifiche più rigorose e chiedere alla fabbrica di quotare una produzione speciale.
Applicazione dei carichi in uso: carico sull'asse
Tutti i carichi in asse generano un certo livello, non importa quanto piccolo, di componenti estranei fuori asse. La quantità di questo carico estraneo è una funzione della tolleranza delle parti nella progettazione della macchina o del telaio di carico, della precisione con cui i componenti sono fabbricati, della cura con cui gli elementi della macchina sono allineati durante l'assemblaggio, della rigidità delle parti portanti e dell'adeguatezza dell'hardware di fissaggio.
Controllo dei carichi fuori asse
L'utente può scegliere di progettare il sistema in modo da eliminare o ridurre il carico fuori asse sulle celle di carico, anche se la struttura subisce distorsioni sotto carico. In modalità di tensione, ciò è possibile mediante l'uso di cuscinetti a snodo con forcelle.
Laddove la cella di carico può essere tenuta separata dalla struttura del telaio di prova, può essere utilizzata in modalità di compressione, il che elimina quasi completamente l'applicazione di componenti di carico fuori asse alla cella. Tuttavia, in nessun caso i carichi fuori asse possono essere completamente eliminati, perché la flessione degli elementi portanti del carico si verificherà sempre e ci sarà sempre una certa quantità di attrito tra il pulsante di carico e la piastra di carico che può trasmettere carichi laterali nella cella.
In caso di dubbio, LowProfile® sarà sempre la cella da scegliere, a meno che il budget di errore complessivo del sistema non consenta un margine generoso per carichi estranei.
Riduzione degli effetti di caricamento estranei ottimizzando la progettazione
Nelle applicazioni di test ad alta precisione, una struttura rigida con basso carico estraneo può essere ottenuta mediante l'uso di flessioni del terreno per costruire il telaio di misurazione. Ciò, ovviamente, richiede una lavorazione di precisione e l'assemblaggio del telaio, il che può costituire un costo considerevole.
Capacità di sovraccarico con carico estraneo
Un effetto serio del carico fuori asse è la riduzione della capacità di sovraccarico della cella. Il tipico sovraccarico nominale del 150% su una cella di carico standard o il sovraccarico nominale del 300% su una cella a fatica è il carico consentito sull'asse primario, senza carichi laterali, momenti o coppie applicati contemporaneamente alla cella. Questo perché i vettori fuori asse si sommano al vettore di carico sull'asse e la somma dei vettori può causare una condizione di sovraccarico in una o più aree calibrate nella flessione.
Per trovare la capacità di sovraccarico ammissibile sull'asse quando sono noti i carichi estranei, calcolare la componente sull'asse dei carichi estranei e sottrarla algebricamente dalla capacità di sovraccarico nominale, tenendo presente in quale modalità (tensione o compressione) la cella viene caricata.
Carichi d'impatto
I neofiti nell'uso delle celle di carico spesso ne distruggono una prima che un veterano abbia la possibilità di avvertirli dei carichi d'impatto. Vorremmo tutti che una cella di carico potesse assorbire almeno un impatto molto breve senza danni, ma la realtà è che se l'estremità attiva della cella si sposta di oltre il 150% della deflessione di piena capacità rispetto all'estremità cieca, la cella potrebbe essere sovraccarica, indipendentemente da quanto breve sia l'intervallo in cui si verifica il sovraccarico.
Nel pannello 1 dell'exampNella Figura 11, una sfera di acciaio di massa “m” viene lasciata cadere dall’altezza “S” sull’estremità attiva della cella di carico. Durante la caduta, la sfera viene accelerata dalla gravità e ha raggiunto una velocità “v” nell’istante in cui entra in contatto con la superficie della cella.
Nel Pannello 2, la velocità della palla verrà completamente fermata e nel Pannello 3 la direzione della palla verrà invertita. Tutto ciò deve avvenire nella distanza necessaria alla cella di carico per raggiungere la capacità di sovraccarico nominale, altrimenti la cella potrebbe danneggiarsi.
Nell'example mostrato, abbiamo scelto una cella che può deviare al massimo di 0.002" prima di essere sovraccaricata. Affinché la palla venga completamente fermata in una distanza così breve, la cella deve esercitare una forza tremenda sulla palla. Se la palla pesa una libbra e viene lasciata cadere da un piede sulla cella, il grafico della Figura 12 indica che la cella riceverà un impatto di 6,000 lbf (si presume che la massa della palla sia molto più grande della massa dell'estremità attiva della cella di carico, che di solito è il caso).
La scala del grafico può essere modificata mentalmente tenendo presente che l'impatto varia direttamente con la massa e con il quadrato della distanza caduta.
Interface® è il leader mondiale affidabile nelle soluzioni di misurazione della forza®.
Siamo leader nella progettazione, produzione e garanzia delle celle di carico, dei trasduttori di coppia, dei sensori multiasse e della strumentazione correlata con le massime prestazioni disponibili. I nostri ingegneri di fama mondiale forniscono soluzioni per i settori aerospaziale, automobilistico, energetico, medico e dei test e delle misurazioni, da grammi a milioni di libbre, in centinaia di configurazioni. Siamo il fornitore preminente di aziende Fortune 100 in tutto il mondo, tra cui: Boeing, Airbus, NASA, Ford, GM, Johnson & Johnson, NIST e migliaia di laboratori di misurazione. I nostri laboratori di calibrazione interni supportano una varietà di standard di test: ASTM E74, ISO-376, MIL-STD, EN10002-3, ISO-17025 e altri.
È possibile trovare ulteriori informazioni tecniche sulle celle di carico e sull'offerta di prodotti Interface® su www.interfaceforce.com o chiamando uno dei nostri esperti ingegneri applicativi al numero 480.948.5555.
Documenti / Risorse
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Interfaccia 301 Cella di carico [pdf] Guida utente 301 Cella di carico, 301, Cella di carico, Cella |
