¿Qué es una Célula de Carga?
Las células de carga son transductores de carga que funcionan como sensores para detectar y medir fuerzas o cargas. Estos dispositivos convierten la carga o fuerza en una señal eléctrica que puede ser utilizada para visualizar, registrar o controlar la carga.
Existen diferentes tipos de células de carga, entre los que se incluyen las basadas en galgas extensométricas, que miden la tensión de deformación de un objeto. También se utilizan métodos como los piezoeléctricos, los de película metálica delgada, los capacitivos, los de fibra óptica, los de vibración y los magnetostrictivos para la detección de carga o fuerza.
La salida de las células de carga es una señal eléctrica, ya sea analógica o digital, en forma de tensión o corriente, que corresponde a la carga aplicada. Estas células se utilizan en una variedad de aplicaciones, como instrumentos de pesaje para medir cargas, determinar la capacidad de carga, realizar pruebas de materiales y controlar procesos industriales.
Aplicaciones de las Células de Carga
Las células de carga se utilizan en instrumentos electrónicos de pesaje, máquinas de ensayo, caudalímetros, básculas industriales y diversos instrumentos de medida. En el ámbito doméstico, por ejemplo, se emplean en básculas, balanzas digitales o inodoros de ducha.
En aplicaciones industriales, además de en básculas, suelen utilizarse en máquinas de ensayo de tracción, dispositivos de medición de viscoelasticidad, prensas y dispositivos de bobinado de hilos y películas. También se utilizan para probar la propulsión de motores a reacción, controlar la tensión de los cabos de amarre de barcos, medir el par motor, controlar las cargas por eje, medir la tensión de cables en ascensores y pesar tolvas y silos.
Además, las células de carga también se utilizan en las barras de control de algunos aviones. Cuando el piloto ejerce fuerza sobre la palanca de control, el ordenador detecta la magnitud de la carga y controla la aeronave.
En la industria, las células de carga son dispositivos indispensables para medir el peso de los elementos de producción con el fin de mejorar la calidad, aumentar la productividad y reducir los costos, y digitalizar los datos para visualizarlos en monitores, tomar decisiones acertadas o erróneas, imprimirlos y almacenarlos.
Principio de las Células de Carga
Existen cuatro tipos principales de células de carga, en función de la forma del elemento que se deforma bajo carga: tipo viga, tipo columna, tipo S y tipo diafragma.
1. Tipo Viga
El tipo viga mide la cantidad de deformación que se produce cuando se aplica una carga al extremo de una viga en voladizo. Se utiliza para básculas de plataforma.
2. Tipo Columna
El tipo columna mide la deformación en la dirección de compresión de una superficie cilíndrica bajo carga en un miembro cilíndrico. Se utiliza para aplicaciones industriales como depósitos y tolvas. A menudo se utilizan varias células de carga, en cuyo caso la carga debe aplicarse por igual a cada célula.
3. En Forma de S
En el tipo en forma de S, se aplica una carga a ambos extremos de un miembro en forma de S y se mide la deformación del miembro en forma de S y se convierte en una carga. Suele utilizarse en máquinas de ensayos de tracción para medir fuerzas de tracción.
4. Tipo Diafragma
El tipo diafragma aplica una carga al centro del diafragma y mide la cantidad de deformación del diafragma. Se utiliza para las células de carga en general.
Cambiando el tamaño y el material del elemento de la célula utilizado, se puede aumentar o disminuir la escala de la carga a medir. Esto permite medir cargas en un amplio rango, desde unos pocos gramos hasta fuerzas enormes en el rango de las toneladas. Para medir cargas diminutas, se han desarrollado células de carga de alta precisión capaces de medir del orden de mN y que se utilizan, por ejemplo, en la investigación y el desarrollo de músculos artificiales.
Los métodos para detectar la cantidad de deformación de los componentes que se deforman bajo carga incluyen métodos de galgas extensométricas, piezoeléctricos, de película metálica delgada, de capacitancia, de fibra óptica, de vibración y magnetostrictivos.
En particular, se utiliza a menudo el método de la galga extensométrica, que se fija a un cuerpo elástico denominado generador de deformación, que se expande o contrae debido a una pequeña deformación, cambiando su sección transversal y modificando la resistencia de la galga. Este cambio es proporcional a la carga, por lo que la carga aplicada a la banda extensométrica se calcula a partir del cambio en la resistencia.
Más Información sobre las Células de Carga
1. Unidades de las Células de Carga
Las células de carga muestran el valor medido en la unidad SI de “fuerza”, “N” newtons. Dependiendo de la capacidad de la célula de carga, también pueden utilizarse “mN” o “kN”.
El Newton “N” es el valor obtenido multiplicando la masa por la aceleración de la gravedad. Si se conoce la aceleración de la gravedad en el lugar de medición, puede medirse la masa (kg) con una célula de carga.
2. Precisión de las Células de Carga
Es común omitir el término “precisión” al describir las especificaciones de las células de carga. La evaluación exhaustiva de la precisión de una célula de carga se basa en la linealidad, histéresis, repetibilidad y efectos de temperatura indicados en las especificaciones.
Cuando se aplica una tensión predefinida a una célula de carga, esta genera una señal proporcional a la carga, pero dicha señal es muy pequeña, generalmente inferior a 20 mV. Esta señal de baja amplitud se divide en partes por millón y se mide, por lo que se requiere un equipo de medición altamente estable y preciso.
La precisión de los dispositivos de medición que utilizan células de carga debe evaluarse de manera exhaustiva, considerando los errores causados por las propias células de carga, los indicadores, las condiciones de temperatura, el montaje y las vibraciones. Para ello, se determina la precisión de la célula de carga como componente sensor, la precisión del indicador y, finalmente, la precisión general se calcula mediante la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de estos componentes.