Como escolher uma célula de carga? Guia de características técnicas
Leia e navegue na folha de dados
Para escolher a célula de carga mais adequada para o seu sistema de pesagem, você deve levar em conta vários fatores: do tipo de aplicação a que se destina (as características da estrutura a ser pesada, seu funcionamento, a finalidade e o objeto da pesagem) às condições ambientais em que o sistema funcionará.
Depois de identificar o modelo de célula mais adequado, é importante saber como se orientar en su folha de dados, que descreve todas as suas características e fornece todos os dados para completar a escolha.
Mas quais são as principais características de uma célula de carga e o seu desempenho?
→ Leia também Como escolher uma célula de carga? Fatores a serem availados.
→ Leia também Os principais tipos de células de carga.
Certificações
Uma certificação é um documento que comprova que um determinado produto atende a um esquema de normas ou regras técnicas e de construção padronizadas internacionalmente e é emitido por um órgão oficial.
A escolha das certificações que uma célula de carga deve ter é feita de acordo com o mercado, o ambiente e o tipo de sistema em que a célula funcionará.
Na oferta LAUMAS tem várias para avaliar, dependendo do tipo de certificação e da norma do país onde a célula de carga deve ser instalada.
▷ Certificações para uso legalizado em relação com terceiros.
OIML R 60 - certificação metrológica fundamental para uso legalizado em relação a terceiros, que atesta a qualidade de medição da célula de carga. Divide as células em classes de acurácia e certifica as divisões legais e o nível de acurácia dos sensores. É necessária para aplicações homologadas em muitos países, incluido a União Europeia e o Reino Unido.
NTEP - em conformidade com as normas dos EUA.
PAC (Pattern Approval Certificate) - em conformidade com as normas da Federação Russa.
CPA (Chinese Pattern Approval) - em conformidade com as normas da República Popular da China.
▷ Certificações para uso em ambientes potencialmente explosivos.
ATEX e IECEx - a certificação ATEX é válida na União Europeia, enquanto a certificação IECEx é reconhecida em mais de 30 mercados internacionais.
EAC Ex - para uso em países da União Aduaneira Eurasiática.
FM HazLoc (Hazardous Locations) - en conformidade com as normas dos EUA e do Canadá.
Ex NEPSI - en conformidade com as normas da República Popular da China.
→ Explore todos os produtos para atmosferas potencialmente explosivas.
▷ Certificações para uso em ambientes onde higiene é requisito neccesário ou importante.
3-A Sanitary Standards - norma americana que regulamenta o projeto, produção e uso de equipamentos higiênicos. O objetivo é proteger o produto final contra riscos associados à contaminação e proliferação bacteriana.
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▷ Certificações e marcações necessárias para exportações para diferentes países.
CE - marca de conformidade europeia, que certifica que o produto cumpre todas as disposições comunitárias durante todas as fases do ciclo de vida: do projeto, fabicação, colocação no mercado, colocação em serviço, à eliminação.
UKCA (UK Conformity Assessed) - marca de conformidade do Reino Unido introduzida em 2022 após a Brexit. É o equivalente à marcação CE europeia e pode ser usada para colocar produtos no mercado da Grã-Bretanha (Inglaterra, País de Gales e Escócia).
EAC - certificação para exportação para os países que fazem parte dela União Aduaneira Eurasiática.
Dependendo da categoria de produto e da legislação aplicável, os produtos as marcas e UKCA não são obrigados a ser acompanhados por um certificado. Para certificar a conformidade do produto, bastam a marcação e a declaração de conformidade que podem ser elaboradas e preenchidas pelo fabricante ou por quem coloca o produto na Comunidade Europeia.
Material
Os materiais com os quais pode ser fabricada uma célula de carga são:
- AÇO INOXIDÁVEL 17-4 PH
- AÇO INOXIDÁVEL AISI 420
- LIGA DE ALUMÍNIO
- AÇO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 ou AISI 4340)
▷ AÇO INOXIDÁVEL 17-4 PH
Entre os diferentes materiais utilizados para as células de carga, é o mais "valioso", ou seja, o mais caro e com o melhor nível de resistência à corrosão.
Seu nome oficial seria AISI 630, mas é comunemente chamado de 17-4 PH por sua definição "técnica". É composto por 17 partes de níquel e 4 partes de cromo, enquanto PH é a abreviação de Precipitation Hardening (endurecimiento por precipitação), o preocesso de precipitação usado para endurecer o material
O endurecimiento por precipitação (ou envelhecimento) é um tratamento térmico que ocorre em forno e passa por 3 fases: solubilização, têmpera e envelhecimento. O processo faz com que se formen agregados precipitados através da liberação controlada dos constituintes, resultando em um aumento da dureza.
→ Leia também Como é feita uma célula de carga? para conhecer todas as fases de fabricação.
▷ AÇO INOXIDÁVEL AISI 420
Embora sua resistência à corrosão seja menor do que o INOX 17-4 PH, possui maior resistência mecânica e é mais econômico.
▷ LIGA DE ALUMÍNIO
Normalmente é usado o tipo AVIONAL, que é aquele com o qual os aviões ou os componentes para a aviação são fabricados.
Isto é muito útil para células de carga single point pois tem boa resistência aos agentes ambientais. Além disso é leve e pode ser usinado facilmente, mesmo nos acabamentos finais que são necessários para este tipo de células de carga.
▷ AÇO ESPECIAL NIQUELADO (AISI 4140 ou AISI 4340)
AISI 4140 e AISI 4340 são dois materiais muito semelhantes e intecambiáveis.
Eles são chamados de "aços especiais" porque têm características especiais. São aditivados com substâncias como cromo, níquel, molibdênio e manganês, que melhoram a qualidade em camparação com o ferro sozinho e devem ser sempre niquelados, caso contrário, oxidam imediatamente.
→ Leia também Como escolher uma célula de carga? Fatores a serem avaliados para determinar o material mais adequado à sua aplicação.
A niquelagem (como a zincagem) é uma operação geralmente chamada de galvanização ou cobertura galvânica, que é o processo de cobrir un metal com outro metal.
O processo toma então o nome específico dependendo do material usado.
Grau de proteção (IP)
É o parâmetro que avalia e classifica o nível de resistência e a eficácia da estanqueidade de invólucros elétricos contra a entrada de objetos, poeira e água. É definido pela norma internacional IEC 60529, que corresponde à norma europea EN 60529.
Embora o IEC 60529 seja um padrão internacionalmente válido, ele é usado principalmente na Europa e na Ásia. Em outros países prevalecem outras normas: EUA, México e Canadá, por exemplo, preferem o padrão NEMA 250.
É essencial escolher o grau de proteção dependendo do ambiente em que a célula de carga irá operar. Os requisitos de proteção são diferentes dependendo do local (interno ou externo) e das condições ambientais em que o sistema será instalado, as lavagens frequentes ou ocasionais pelas quais a célula terá que passar e seu modo, e se deve ou não ser mergulhada, em qual profundidade e por quanto tempo.
É indicado pela abreviatura IP (Ingress Protection) seguida por 2 dígitos e eventualmente a letra K.
Se os dígitos são substituídos perla letra X, isso significa que não há dados suficientes disponíveis para especificar o grau de proteção.
▷ O primeiro dígito do código indica o grau de proteção do aparelho contra a entrada de objetos sólidos e a possibilidade de as pessoas terem contato intencional com peças perigosas, como condutores elétricos.
O valor pode variar de 0 a 6, onde 6 indica um invólucro completamente hermético para poeira e fumaça, e proteção completa contra contato.
▷ O segundo dígito indica proteção contra a entrada de líquidos e umidade, e vai de 0 a 9. Se o dígito é seguido pela letra K, significa que o componente está protegido contra entrada de água durante operações de limpeza com vapor de alta pressão.
Carga nominal (capacidade)
Também chamada de "carga nominal", a capacidade é o peso máximo que a célula de carga pode suportar.
Cada tipo de sensor nasce com seu intervalo específico de capacidade; na verdade, a capacidade é uma restrição de natureza mecânica que é predeterminada no pojeto de cada célula de carga.
→ Leia também Como é feita uma célula de carga?
▷ As células de carga de baixa capacidade medem de alguns gramas até un máximo de 100 kg.
São perfeitas quando é necessária alta acurácia, como em balanças de laboratório ou balanças de contagem de peças.
▷ As células de capacidade média podem medir de 100 kg até cerca de 10 toneladas.
São particularmente confiáveis e são usadas para construir plataformas de pesagem industrial e para a pesagem de correias, transportadores de roletes, tremonhas, silos e tanques de dimensões pequena e médias.
▷ As células de carga de alta capacidade, no entanto, chegam a mais de 1000 toneladas.
São usadas para a construção de pontes-báscula, para indústria pesada e, em geral, em balanças que precisam suportar grandes cargas, como em silos de alta capacidade.
Para todas as capacidades, mesmo fora do padrão, é possível solicitar células de carga custom sob projeto, personalizadas de acordo com suas especificações.
Classe de acurácia
As classes de acurácia (ou classes de precisão) são classificações por grupos determinadas pela Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML).
Elas descrevem as características metrológicas da célula de carga e são cruciais para determinar o nível de qualidade do resultado da medição.
Para cada tipo de célula de carga existe uma classificação OIML diferente, indicada por uma letra que distingue a classe de acurácia (A, B, C, D) e um número que especifica quantas divisões legais a célula é capaz de detectar em unidades de milhares:
- D1, C1, C2: baixa acurácia; a célula é adequada para uso em usinas de concreto para pesar materiais de construção como concreto, areia, cimento ou água.
- C3, C4, C5, C6 e superiores: alta acurácia; adequadas, por exemplo, para balanças de precisão, controladores de peso, pontes-báscula, sistemas de pesagem homologados com a marcação CE, sistemas de mistura e dosagem.
As autoridades emissoras (OIML Issuing Authorities) e os organismos notificados pela União Europeia estão autorizados a avaliar as células de carga e a atribuir a sua classe de acurácia.
Os certificados emitidos pelas autoridades emissoras são válidos em todo o mundo, enquanto os dos organismos notificados são válidos apenas na União Europeia.
A avaliação é feita através de um teste que mede 3 variáveis simultaneamente: a linearidade, a histerese e os efeitos da temperatura, verificando o erro combinado da célula de carga.
Linearidade
É a verificação da proporcionalidade para valores de carga crescentes em uma célula de carga.
Por meio de testes de carga para pontos crescentes, obtém-se a linha que une o ponto zero e o ponto da escala total.
Em seguida, verifica-se quanto os valores realmente lidos da célula de carga se distanciam dessa linha.
A distância corresponde ao erro de linearidade.
Histerese
É a avaliação da diferença entre as respostas da célula de carga durante um ciclo de carga e um ciclo subsequente de descarga.
Calcula-se a diferença percentual entre os mesmos pontos lidos da célula de carga durante os dois ciclos e se obtém o erro de histerese.
Efeitos da temperatura
A célula de carga é colocada em uma câmara climática. Depois de estabilizar a temperatura, em um intervalo padrão definido pela OIML entre -10 °C e + 40 °C, realizam-se 3 ciclos de carga/descarga para cada temperatura.
Após a conclusão do teste, verifica-se até que ponto, com a variação da temperatura, as médias dos valores medidos se desviam dos erros máximos admissíveis.
A escolha da classe de acurácia adequada deve ser feita levando em consideração vários aspectos do sistema de pesagem, como o tipo de sistema, a finalidade e o tipo das mercadorias a serem pesadas, e muitas vezes o resultado acaba sendo un meio-termo entre eles.
A capacidade de carga do sistema de pesagem também desempenha um papel fundamental.
É necessário avaliar a combinação certa entre a acurácia que se deseja alcançar e a capacidade do sistema.
→ Leia também Como escolher uma célula de carga? Fatores a serem avaliados.
Erro combinado
É a soma dos 3 erros (linearidade, histerese e efeitos da temperatura) resultantes do teste da OIML e descritos no parágrafo anterior.
Esse dado, expresso como uma porcentagem da escala total, representa o erro máximo que pode ser esperado da célula de carga.
Por exemplo, de uma célula com escala total de 10 000 kg e um erro combinado de 0,05%, espera-se um erro máximo de 5 kg em toda a sua escala de medição.
Se a leitura do peso for de 2 500 kg, o "valor real" estará, portanto, entre 2 495 e 2 505 kg.
Intervalo mínimo de verificação (V min)
Este é o intervalo mínimo no qual a faixa de medição (a capacidade) da célula de carga pode ser dividida.
É obtido a partir da relação entre a capacidade máxima da célula e o valor Y (ou V mínimo relativo) establecido pelos testes OIML.
Ele descreve a resolução da célula de carga, que é o aumento mínimo de peso qua a célula é capaz de reconhecer.
Esse valor é crítico quando a célula de carga deve ser usada em um sistema de pesagem homologado para medições em transações comerciais.
Sensibilidade
A sensibilidade, expressa em mV/V, é o valor de saída em mV que a célula de carga retorna quando a carga máxima é aplicada, dividida pela tensão de alimentação expressa em V.
O valor encontrado nas folhas de dados é aquele que respeita essa condição, enquanto o valor em porcentagem mostrado a segui é o valor de incerteza (quanto o valor de saída flutuará ± em porcentagem) e é indicado diretamente pelo fabricante.
Efeito da temperatura sobre o zero e a escala total
É o erro que um aumento ou uma diminução na temperatura causa à leitura da célula de carga, isto é, de quanto o valor do zero ou da escala total pode desviar do valor real na porcentagem da escala total para cada grau Celsius de variação da temperatura.
Se, por exemplo, uma célula de carga tiver uma escala total de 1 000 kg e o efeito da temperatura em sua escala total for de 0,005% FS/°C, a leitura poderá variar no máximo 0,05 kg para ca oscilação de °C.
Por tanto, se a temperatura variar de 10 °C (por exemplo, de 20 °C a 30 °C) a leitura variará no máximo de 0,05 x 10, ou seja, 0,5 kg.
Compensação térmica
É o intervalo de temperatura dentro do qual a célula de carga pode operar-se respeitando os erros da temperatura indicados em "Efeito da temperatura sobre o zero e a escala total".
As células de carga são testadas e termicamente compensadas a diferente temperaturas para garantir a acurácia e o desempenho adequados. O intervalo de temperatura de compensação térmica padrão está entre -10 °C e + 40 °C.
Faixa de temperatura de trabalho
É o intervalo de temperatura dentro da qual a célula pode trabalhar sem quebrar, mas no qual o desempenho declarado na folha de dados não é mais garantido.
Creep com carga nomina (depois de 30 minutos)
O valor de creep, ou "fluência viscosa", representa a capacidade da célula de carga de compensar o fluxo natural do material do qual é composta. Na prática, quando uma carga constante é aplicada à célula sob condições ambientais estáveis, a indicação da célula não varia ou varia muito pouco.
O valor indicado na floha de dados expressa a possível variação percentual na escala total (em kg ou mV/V) depois de 30 minutos de apicação de carga nominal.
Um menor valor de porcentagem de creep resulta em ema melhor qualidade de medição da célula de carga. Assim, é essencial que o valor de "creep com carga nominal" seja reduzido, pois isso contribui para a estabilidade da medição ao longo do tempo.
Esse parâmetro também afeta as propriedades elásticas da célula de carga. Após a aplicação de um peso, quanto menor o valor de creep, mais rápido o sinal de zero retornará à condição inicial (célula descarregada).
Como é feito o teste de creep?
A célula de carga é carregada com o valor de escala total por 30 minutos e, por toda a duração do testem a leitura do peso não pode exceder um erro determinado pela norma OIML R 60.
No final, a partir da relação percentual entre a mundança de leitura do peso e a escala total teórica durante todos os 30 minutos do teste, obtém-se o valor de creep com a carga nominal.
Tensão de alimentação máxima tolerada
Indica o valor máximo de alimentação em V que a célula de carga pode suportar.
Normalmente, os indicadores de peso e os transmissores de peso têm um valor de alimentação padrão de 5 Vcc ou 10 Vcc, especialmente concebidos para serem perfeitamente tolerados pela célula de carga.
Também é possível usar dispositivos de alimentação não padronizados, mas é essencial que eles respeitem o valor máximo de tensão de alimentação indicado na folha de dados, de modo a não danificar a célula.
Resistência de entrada/saída
A resistência de entrada é a resistência medida em Ohm entre os fios de alimentação da célula de carga. A resistência de saída é conceitualmente idêntica à resistêmcia de entrada, mas é medida entre os fios do sinal de saída da célula.
Seu valor depende do tipo de extensômetro usado, mas generalmente está entre 350 e 400 ohm, ou entre 700 e 800 ohm.
Balanceamento do zero
É o valor, expresso como uma porcentagem da sensibilidade, que define até que ponto o valor de saída em mV pode se desviar do zero na ausência de carga.
Resistência do isolamento
Define a qualidade do isolamento entre os fios individuais da célula de carga e o corpo da célula de carga, e entre a blindagem do cabo e cada fio da célula.
Um isolamento apropriado torna a medição feita pela célula de carga insensível às variações do potencial elétrico ou das cargas elétricas no corpo da célula.
Carga estática máxima
Expressa como uma porcentagem da escala total, é a quantidade de sobrecarga que a célula de carga pode suportar sem sofrer danos, ou seja, sua "resistência de rendimento".
Se o valor da sobrecarga permanecer abaixo da porcentagem recomendada, geralmente entre 120% e 150% da escala total, a célula manterá sua elasticidade (a capacidade de se deformar e retornar a zero). Se o valor percentual recomendado for excedido, a célula será permanentemente deformada e quebrará ou será danificada.
Carga de ruptura
Expressa como uma porcentagem da escala total, é a carga máxima que a célula de carga pode suportar sem quebrar.
É um valor que depende da geometria, do material e do tipo de célula de carga, e teoricamente nunca deve ser alcançado, mas ainda é importante conhecê-lo, especialmente em caso de necessidade de calcular o coeficiente de segurança do sistema.
Por exemplo, em sistemas de içamento e limitação de carga, nos quais é necessário um elevado fator de segurança, será necessário garantir que a célula de carga usada enha uma carga de ruptura superior ao padrão, generalmente entre 250% e 300% da escala total.
→ Leia também Os principais tipos de célula de carga: características e aplicações.
→ Leia também Sistemas de pesagem e limitadores de carga para pontes rolantes.
Deflexão com carga nominal
Indica quanto a célula de carga se deforma à escala total, ou seja, quanto a carga abaixa quando aplicada à célula.
Esse valor é diferente para cada célula de carga individual, mas sempre cai dentro de um intervalo entre 0,2 mm e 1 mm.
Exemplo de deflexão com carga nominal de 0,5 mm em uma célula de carga AZL
Ligações elétricas
Esta parte da folha de dados refere-se inteiramente ao cabo de saída da célula de carga.
Além de detalhes como seu comprimento e diâmetro, também indica por quantos fios são compostos e a medida da secção expressa em mm2.
As células de carga têm tipicamente 4 ou 6 fios. A diferença está na presença ou não de 2 fios chamados de "referência" (Sense + e Sense -), que são usados para melhorar a acurácia da medição.
Graças às referências nos cabos de 6 fios, as células de carga podem compensar qualquer variação da queda de tensão nos cabos devido, por exemplo, a mundanças de temperatura ou ao comprimento do cabo, sem afetar a medição do peso.
As células de carga de 4 fios são calibradas e termicamente compensadas en relação ao comprimento do cabo com o qual são fornecidas de série e, por este motivo, o comprimento do cabo não deve ser alterado.
Nas células de 4 fios, para conter qualquer queda de tensão na parte do cabo entre a caixa de junção e o indicador, basta usar um cabo blindado com secção significativa (pelos menos 1 mm2).
→ Leia também Como instalar corretamente um sistema de pesagem, para conhecer as outras regras a cumprir.
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