Células de carga

Q: Como funciona uma célula de carga?

A célula de carga industrial mais comum é o strain gage (DMS). Ele trabalha com o auxílio de um elemento de deformação mecânica ao qual são fixados strain gages em forma de uma ponte de medição. Quando uma força atua sobre a célula de carga, o elemento mecânico no qual o strain gage está fixado sofrerá uma deformação elástica. A deformação na forma de alongamento e compressão mecânica faz com que o strain gage seja alongado ou comprimido. Essa alteração na resistência em decorrência da deformação (e, portanto, dependendo da força) é convertida pela eletrônica de medição em um sinal de medição e processada. Uma célula de carga de compressão faz a medição das forças de compressão e normalmente é instalada sob o dispositivo de ensaio. Uma célula de carga de tração faz a medição de forças de tração.

Faixa de força

5 N - 2.500 kN (quase-estático)
1 kN - 1.000 kN (dinâmico)

Classe de exatidão

ISO 7500:
ASTM E4

Comparação de Células de carga Desafios Vantagens & Características Características de Precisão Acessórios Opcionais

Nos ensaios de materiais, uma célula de carga (também chamada de Transdutor de Força) é utilizada para caracterizar as propriedades mecânicas de um material por meio da medição da força necessária para deformar ou quebrar o material. A célula de carga converte a grandeza física "força" em uma tensão elétrica mensurável. As células de carga podem ser utilizadas em ensaios de tração, compressão, flexão e de torção assim como em ensaios cíclicos.

Devido aos requisitos frequentemente extremos e diversificados dos ensaios, a célula de carga representa o coração do sistema de ensaios. Sua qualidade é o pré-requisito para resultados confiáveis e interpretáveis. Para a integração otimizada dessa parte central ao sistema de ensaios, a ZwickRoell desenvolveu e fabricou sua própria série, patenteada de células de carga Xforce, a qual atende aos mais altos requisitos em termos de precisão e robustez.

Comparação de Células de carga
Xforce	Precision P	High Precision HP	High Precision HP+ ¹	K	K+ ¹	High Capacity	Dynamic ^₂
Força nominal F_nom	5 N até 150 kN	5 N até 10 kN	5 N até 10 kN	10 kN até 250 kN	10 kN até 250 kN	330 kN até 2.500 kN	1 kN até 1.000 kN
Classe de exatidão 1 a partir de x% de F_nom	0,4 %	0,2 %	0,1 %	0,2 %	0,1 %	a partir de 0,2% de Fnom	a partir de 0,4% de Fnom
Classe de exatidão 0,5	2 %	1 %	0,1 %	1 %	0,1 %	a partir de 1% de Fnom	a partir de 1% de Fnom
Área de utilização	Quase-estático	Quase-estático	Quase-estático	Quase-estático	Quase-estático	Quase-estático	Quase-estático e ensaios de fadiga

¹ As células de carga Plus possuem um amplo range de medição no qual a calibração é válida.
² A célula de carga Xforce Dynamic está equipada com um acelerômetro integrado (a partir de 5 kN).

Desafios de uma célula de carga

Limites de força axial

Os limites de força axial são limites de força e áreas de força em direção ao eixo de medição da célula de carga. A força excessiva em direção ao eixo de medição da célula de carga poderá causar a redução da acuracidade de medição e a deformação permanente da célula de carga.

A célula de carga Xforce possui capacidade de resistência a 300% da força nominal sem falha mecânica e de até 150% sem deslocamento do ponto zero. Por meio do sistema de identificação eletrônico singular integrado à célula de carga, nosso software de ensaios testXpert identifica automaticamente a célula de carga e suas características e, define os respectivos limites de força e de curso para o ensaio.

Forças transversais

As forças transversais são forças externas, as quais atuam sobre a superfície de fixação do strain gage perpendicularmente ao eixo de ensaio. Estas forças poderão comprometer os resultados de ensaio.

As células de carga Xforce (HP e K) foram projetadas e construídas para ensaios nos quais forças transversais poderão ocorrer. Uma força transversal de 10% da força nominal causa um desvio de apenas ±0,02% do valor de medição.

Temperatura

Variações de temperatura na célula de carga poderão causar deformações e comprometer o resultado de medição.

Especialmente as células de carga Xforce HP e K possuem uma função integrada de compensação de temperatura.

Momentos de flexão

Momentos de flexão ocorrem quando uma força transversal é aplicada em deslocamento devido a uma alavanca ou quando a força axial é aplicada em descocamento devido a uma excentricidade.

As células de carga Xforce foram projetadas de modo que momentos de flexão sejam reduzidos a um mínimo. Os elementos de deformação apresentam alta rigidez à flexão com forças transversais sobrepostas, momentos de flexão ou torques.

Torque

Quando uma força transversal não atua diretamente sobre o eixo de medição, é criado um torque. Os torques surgem em decorrência do arranjo de ensaio ou da amostra, por exemplo, no ensaio de compressão de molas helicoidais.

Nas células de carga Xforce o torque corresponde a 0,2% (P e HP) respectivamente 0,005% (K) da força nominal por mm para cada mm de deslocamento paralelo.

Vídeo de célula de carga Xforce

Robustez e alta precisão. Não confie apenas na nossa palavra, veja você mesmo!

Extensômetros Xforce patenteados - exclusividade ZwickRoell

Vantagens & Características - Extensômetro Xforce

O configurador de ambiente de ensaio para extensômetros no software de ensaios testXpert III

Função de autoidentificação exclusiva

Você economiza tempo, evita erros e tem certeza de que sua célula de carga está protegida.

Após a conexão, o tipo e as características da célula de carga, inclusive limites de força e deslocamento, serão automaticamente importados e identificados por nosso software de ensaios testXpert.
A entrada manual dessas informações é dispensada, o que evita erros de entrada cometidos pelo usuário.
Informações críticas como sobrecargas de sensores e a data de sua ocorrência, são registradas na memória do sistema de identificação.

Calibração de fábrica em conformidade com a norma

Confie na precisão de sua célula de carga!

Calibração de fábrica certificada conforme ASTM E4 und ISO 7500
Antes da entrega ao cliente, cada uma das células de carga é calibrada com o sistema de ensaios completo, inclusive o Drive de acionamento e a eletrônica de medição e controle.
As informações sobre a calibração são documentadas em uma guia de calibração de fábrica que acompanha o equipamento.

outras informações sobre as normas ISO 7500-1 / ASTM E4

Excelente linearidade

Maximize o valor de seus resultados de ensaio!

A linearidade ou não linearidade indica os erros da célula de carga sobre todo o range operacional.

A ASTM E4 define que desvio de indicação relativo não seja superior a 1% do valor de medição (tipicamente de 1% até 100% da força nominal da célula de carga):

Célula de carga Xforce HP e Xforce K: O máximo desvio de indicação é 1% do valor de medição a partir de 0,1% da força nominal e 0,25% do valor de medição a partir de 0,4% da força nominal
Célula de carga Xforce Dynamic: O máximo desvio de indicação é 1% do valor de medição a partir de 0,5% da força nominal e 0,5% do valor de medição a partir de 1% da força nominal

A norma ISO 7500-1 define classes de exatidão de 0,5 até 3, sendo que a calibração mais comum de máquinas de ensaios corresponde à classe 1:

As células de carga Xforce cumprem todos os cinco critérios da ISO 7500-1, classe de exatidão 1 e classe de exatidão 0,5.

Amplo range de medição com uma única célula de carga

A aquisição e calibração de várias células de carga se tornam desnecessárias!

Vários requisitos de aplicação são atendidos por uma única célula de carga, com range de medição de 0,1% até 100% da força nominal da célula de carga.
O range de medição disponível não é comprometido pelo peso dos dispositivos de ensaio e/ou das garras fixados até 45% da força nominal.

Robusto e Seguro

Realizar ensaios com confiança!

Proteção integrada contra sobrecarga
Por meio do software de ensaios testXpert, podem ser ajustados limites de força, os quais levam ao desligamento automático do sistema de ensaio.
Chaves fim de curso de software e hardware limitam a faixa de deslocamento da travessa. Desta forma, as células de carga e as ferramentas de ensaio são protegidas.
As células de força Xforce são bastante estáveis e podem suportar cargas de até 300% de sua carga nominal sem ruptura e até 150% de carga nominal sem deslocamento da intersecção zero Por esse motivo, as proteções contra sobrecarga como conjuntos de molas pré-tensionadas, fim de curso mecânico ou controladores para absorção da força transversal, na maioria das vezes podem ser dispensadas.

Trabalhar em duas estações de ensaio com célula de carga com pino de conexão

Montagem fácil, rápida e precisa das garras

Substituição e alinhamento de dispositivos de ensaio

Todas as células de carga são equipadas com um pino de conexão de encaixe preciso, que permite a montagem rápida e sem folga de garras e dispositivos de ensaio com alinhamento otimizado do eixo de ensaio.
As posições de referências (por exemplo, a posição do dispositivo de ensaio) são configuradas uma única vez e armazenadas no software de ensaio testXpert.
A célula de carga Xforce K possui um pino de conexão opcional, o qual permite a utilização em duas áreas de ensaio.
As células de carga Xforce Dynamic sempre possuem conexões de flange para garantir a resistência dinâmica alternada.

Substituição rápida de células de carga

Economia de tempo na utilização de diferentes células de carga na mesma máquina

Quando várias células de carga são empregadas ou caso forem trocados constantemente, sugerimos a opção “conexão via pino de conexão”. O pino de conexão permite que uma segunda célula de carga seja conectada à célula de carga existente do sistema de ensaio, da mesma forma como um dispositivo seria montado na célula de carga existente. Ao invés de aparafusar ou desaparafusar a célula de carga em cada substituição, a célula de carga original permanece em seu local e é suplementado com o pino de conexão. Esta opção oferece as seguintes vantagens:

Os cabos das células de carga não são desnecessariamente tensionados durante o aparafusamento e desaparafusamento
Flexibilidade e economia de tempo
Alinhamento direto em relação ao eixo de ensaio

Como funciona uma célula de carga?

A célula de carga industrial mais comum é o strain gage (DMS). Ele trabalha com o auxílio de um elemento de deformação mecânica ao qual são fixados strain gages em forma de uma ponte de medição.

Quando uma força atua sobre a célula de carga, o elemento mecânico no qual o strain gage está fixado sofrerá uma deformação elástica. A deformação na forma de alongamento e compressão mecânica faz com que o strain gage seja alongado ou comprimido. Essa alteração na resistência em decorrência da deformação (e, portanto, dependendo da força) é convertida pela eletrônica de medição em um sinal de medição e processada.

Uma célula de carga de compressão faz a medição das forças de compressão e normalmente é instalada sob o dispositivo de ensaio. Uma célula de carga de tração faz a medição de forças de tração.

Como funciona uma célula de carga? Gráfico de célula de carga com strain gage sob alongamento e compressão — Extensão / compressão do strain gage

Precisão de uma célula de carga

A precisão de uma célula de carga é determinada com auxílio do erro de medição. Quanto menor o erro de medição, mais preciso será a célula de carga. A especificação de precisão mais frequente é a linearidade (ou não linearidade).

Representação gráfica para explicação da linearidade de uma célula de carga

Linearidade (ou não linearidade)

¹ Potência ² Carga ³ Calibração zero ⁴ Potência nominal ⁵ Não linearidade ⁶ Histerese

A Linearidade é uma relação matemática representada por uma linha reta. No caso de uma célula de carga se trata da relação entre a força aplicada e o resultado do sensor. A exatidão de uma célula de carga é normalmente indicada em forma de ±x% do valor exibido.

Exemplo: Uma célula de carga 1000N Xforce HP+ é calibrada na classe 0,5. A exatidão é de ±0,5% do valor exibido da célula de carga de 1N até 1000N. Para 1N a medição pode ser feita com a exatidão de ±0,005N.

Histerese

Histerese é a designação da diferença máxima entre dois resultados de valores de medição da célula de carga para a mesma carga aplicada, sendo que um valor de medição é determinado por meio de aumento da carga de zero e o outro é determinado por meio de diminuição da carga nominal máxima da célula de carga.

Repetibilidade

A diferença máxima entre os resultados dos valores de medição das células de carga com repetidas aplicações de carga sob as mesmas condições de carga e de instalação.

Faixa de variação da temperatura e ponto zero

Variação da potência e/ou do ponto zero em decorrência da variação da temperatura da célula de carga.

Saiba mais sobre como nossas células de carga podem contribuir à resolver seus requisitos de ensaio.

Consulte nossos especialistas - ficaremos felizes em responder a suas perguntas.

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Dispositivos opcionais para a célula de carga

Dispositivo Daily Check

O dispositivo Daily Check é utilizado para a verificação regular das células de carga de até 500 N com valores de comparação medidos após uma nova calibração / ajuste. O dispositivo consiste em dois padrões de comparação (Master / Slave).

Utilização dos acessórios e do software em qualquer quantidade de máquinas por meio de instalação e remoção simples.
Detecção de falhas sistemáticas na direção de compressão e tração na célula de carga.
Resultados de ensaio confiáveis: Por meio da verificação entre as calibrações periódicas é assegurado que não haja falha sistemática na célula de carga.
Os resultados da verificação diária são documentados em um relatório testXpert.
Rastreabilidade: Todos os ensaios críticos quanto à segurança possuem requisitos especiais quanto à rastreabilidade e documentação. Com o software de ensaios ZwickRoell, o administrador consegue definir o que será protocolado e para quais procedimentos e eventos a entrada de justificativas é necessária.

Dispositivo Daily Check para checagem de células de carga de até 500N

Sistema de medição de força Xforce com bypass

Células de carga com bypass são especialmente adequadas quando

são realizados ensaios com velocidade mais elevada, pois existe o risco de que os limites de força definidos não atuem com rapidez suficiente.
São realizados ensaios com mínimas distâncias entre as ferramentas de ensaio e/ou com curtos trajetos de deslocamento; por esse motivo, também são especialmente adequados para ensaios de molas e de componentes.

Nos ensaios de compressão, as células de carga Xforce HP são protegidas com uma proteção mecânica contra sobrecarga e bypass integrado:

Com a proteção contra sobrecarga mecânica, uma parada mecânica bloqueia antes que a força limite máxima permitida da célula de carga seja atingida. A danificação da célula de carga provocados pela sobrecarga é impedida.
O bypass integrado protege todo o arranjo de ensaio: A partir do limite de força 120+6/-4% F_nom,a força existente será distribuída por várias molas. Dessa forma, todo o arranjo de ensaio é protegido pelo bypass. O bypass impede o aumento de força na celula de carga, que levaria à sobrecarga ou até mesmo à destruição.

Deslocamento (s) do bypass com parada mecânica

Exemplos de máquinas de ensaios com utilização de células de carga

Downloads - extensômetros

Informação do produto:Extensômetro Xforce K PDF 3 MB
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Informações sobre o produto: Célula de carga Xforce HP PDF 383 KB
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Informação do produto:Extensômetro Xforce HP+ e Xforce K+ PDF 3 MB
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Informações sobre o produto: Célula de carga Xforce P PDF 1 MB
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Informações sobre o produto: Célula de carga 330 kN - 2.500 kN PDF 244 KB
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Informação do produto:Extensômetro Xforce dinâmico PDF 314 KB
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Informação do produto:Sistema de medição de força Xforce com bypass PDF 389 KB
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Daily Check PDF 750 KB
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Perguntas frequentes (FAQ)

Qual é a finalidade de uma célula de carga?

Uma célula de carga converte forças geradas por meio de tração, compressão, flexão ou torção em um sinal elétrico apto para medição, leitura e registro.

Como a célula de carga é constituída?

O componente principal de uma célula de carga é um elemento de deformação mecânica ao qual são fixados os strain gages.

Como funciona um strain gage?

Um strain gage (DMS) é um sensor que realiza a medição de uma deformação por intermédio da variação da resistência elétrica. No ensaio de materiais são utilizados strain gages em células de carga.

Qual medição pode ser feita pela célula de carga?

A célula de carga faz a medição da força que atua sobre o sensor. Elas são utilizadas para determinar as forças de compressão ou forças de tração, mas também são adequadas para tarefas de medição dinâmica.