Sensor de Força Tipo S CZL302AC

Introdução do Produto

A célula de carga do tipo S é um elemento de detecção sensível à força baseado no princípio de resistência à deformação, com um elastômero simétrico em formato S como sua estrutura principal. Quando submetido a uma força, a deformação de tração ou compressão do elastômero faz com que a malha de deformação produza alterações na resistência, as quais são então convertidas em sinais elétricos padronizados. Combina vantagens como suporte bidirecional à força, instalação flexível e precisão estável, sendo amplamente utilizada em cenários de medição de forças de tração, compressão e forças compostas em cargas médias e baixas. Os detalhes a seguir são apresentados a partir das dimensões principais para atender às necessidades de produto seleção, avaliação técnica e elaboração de soluções:

1. Características e Funções do Produto

Principais Funcionalidades

Design estrutural: Adota uma estrutura integrada em elastômero em forma de S (espessura 5-30 mm, comprimento 30-200 mm), com distribuição concentrada e simétrica de tensão, suporta força bidirecional (tanto tração quanto compressão podem ser medidas), possui forte capacidade de resistência à torção e à força transversal (suporta forças transversais de ±10% a ±15% da carga nominal) e alta eficiência de transferência de força.

• Desempenho de Precisão: Os níveis de precisão abrangem C2-C6, com modelos principais alcançando C3, erro de não linearidade ≤±0,02%FS, erro de repetibilidade ≤±0,01%FS, deriva de zero ≤±0,003%FS/℃ e pequena atenuação de precisão em cenários de medição dinâmica de cargas médias e pequenas.

• Material e Proteção: O elastômero comumente utiliza aço-liga de alta resistência (limite de escoamento ≥850MPa) ou aço inoxidável 304/316L, com a superfície tratada por niquelagem ou revestimento em pó (tratamento de passivação para tipos resistentes à corrosão); o nível de proteção é tipicamente IP65/IP67, e modelos personalizados para ambientes úmidos podem alcançar IP68, adequado para ambientes industriais gerais e alguns ambientes especiais.

• Compatibilidade de Instalação: Ambas as extremidades são projetadas com roscas internas, roscas externas ou estruturas de anel de içamento, suportando vários métodos de instalação, como ganchos, anéis de içamento e flanges, com espaço de instalação flexível, adaptável a cenários de força multidirecionais, como verticais, horizontais e inclinados, sendo principalmente usados de forma independente.

Funções principais

• Medição de Força Bidirecional: Suporta medição estática/dinâmica de tração e compressão (tempo de resposta ≤6ms), com uma faixa de medição que abrange de 0,01t a 50t, aplicações regulares concentradas na faixa de 0,1t a 20t, e alguns modelos de alta precisão capazes de medir pequenas faixas de 0,001t.

• Saída Padrão de Sinal: Fornece sinais analógicos (4-20mA, 0-5V, 0-10V) e sinais digitais (RS485/Modbus RTU), e alguns modelos inteligentes suportam o protocolo Profibus, permitindo conexão direta a instrumentos de pesagem, CLPs, telas industriais touchscreen e outros dispositivos.

• Funções de Segurança e Proteção: Integra compensação de temperatura em uma ampla faixa de temperatura (-20℃~80℃), possui proteção contra sobrecarga (120%-200% da carga nominal, normalmente 150% em cenários de tração) e alguns modelos incluem pinos posicionadores anti-torção e designs de junção antidesconexão para cabos.

• Estabilidade de Longo Prazo: Vida útil à fadiga ≥10⁶ ciclos de carga, deriva anual ≤±0,02% FS sob carga nominal, adequado para cenários de monitoramento de força intermitente ou contínua.

2. Problemas Principais Solucionados

• Dificuldade na Medição de Força Bidirecional: Resolvendo a limitação dos sensores tradicionais que só conseguem medir força em uma única direção, a estrutura em formato S pode medir com precisão forças de tração e compressão simultaneamente (como variações de força durante a elevação e descida de materiais), atendendo à necessidade de monitoramento bidirecional de forças em cenários como içamento e tração.

• Adaptabilidade a Cenários Complexos de Instalação: Com métodos flexíveis de conexão e estrutura compacta, resolve os desafios de instalação em equipamentos com espaço limitado e forças em múltiplos ângulos aplicação (como pesagem de funis inclinados e monitoramento de tensão em linhas transportadoras suspensas), eliminando a necessidade de modificações extensivas na estrutura dos equipamentos.

• Precisão Inadequada em Carga Leve/Pequeno Intervalo: Na faixa pequena de 0,1t - 5t, ao otimizar a posição de colagem do extensômetro e o design do estresse do elastômero, o erro de medição é controlado dentro de ±0,01%FS, atendendo aos requisitos de alta precisão de aplicações com carga leve em laboratórios, processamento de alimentos, etc.

• Monitoramento de Flutuações Dinâmicas de Tensão: Com um tempo de resposta ≤ 6ms, pode capturar com precisão as flutuações de tensão durante processos contínuos de produção de cabos, filmes, etc., resolvendo problemas de qualidade de produto causados por tensão instável em indústrias como têxtil e gráfica.

• Problemas de Compatibilidade na Colaboração entre Múltiplos Equipamentos: Saída de sinal padronizada e suporte a múltiplos protocolos resolvem os obstáculos de conexão com sistemas de controle de diferentes marcas (como PLCs Siemens S7 e DCS Delta), reduzindo erros e custos na conversão de sinal.

3. Usuário Experiência

• Facilidade de Instalação: Interfaces padronizadas com roscas/ilhós, com peças de conexão padrão (como parafusos e ganchos), não exigem ferramentas especiais de instalação. Uma única pessoa pode concluir a instalação e posicionamento de um único sensor em até 15 minutos, com baixa exigência quanto à planicidade da superfície de instalação (erro de planicidade ≤ 0,1mm/m é suficiente).

• Operação e Calibração: Permite a zeragem com um único botão no instrumento de pesagem, simplifica o processo de calibração de dois pontos (requer apenas massas padrão de 10% e 100% da carga nominal) e modelos digitais podem ser calibrados remotamente por meio de aplicativo móvel ou computador host, permitindo que não especialistas operem rapidamente.

• Custo de Manutenção Controlável: A estrutura selada isola eficazmente poeira e umidade, com uma taxa média anual de falhas ≤ 0,4%; o design modular dos componentes principais ( extensômetros , blocos terminais) permite a substituição individual de falhas locais, reduzindo os custos gerais de substituição.

• Feedback Intuitivo de Dados: Flutuação dos dados de medição estática ≤ ±0,005%FS, sem atraso evidente em cenários dinâmicos; os modelos digitais possuem alertas de falha integrados para sobrecarga, subtensão, etc., apresentados visualmente por meio de luzes indicadoras ou interfaces de software, facilitando e agilizando a resolução de problemas.

• Adaptabilidade Flexível a Cenários: O mesmo sensor pode alternar entre modos de medição de tração/compressão sem necessidade de substituir o hardware, atendendo às necessidades de equipamentos compartilhados em múltiplos processos e melhorando a utilização do equipamento.

4. Cenários típicos de aplicação

1) Cenários de Medição de Tração/Tensão

• Controle de Tensão de Cabo/Corda: Monitoramento da tensão de máquinas de puxamento de fios nas indústrias têxtil e de cabos. Sensores do tipo S são conectados em série ao mecanismo de tração, fornecendo feedback em tempo real sobre os valores de tensão e ajustando a velocidade de tração de forma coordenada, garantindo um diâmetro uniforme do cabo.

• Testes de Tração de Materiais: Medição de tração de máquinas de teste de materiais em laboratórios. Os modelos de precisão C2 podem atender aos requisitos de testes de resistência à tração de materiais como fios metálicos e filmes plásticos, com erro de repetibilidade de dados ≤ ±0,01%.

• Monitoramento de Tração em Equipamentos de Elevação: Controle de limite de carga para pequenas gruas e talhas elétricas. Instalado entre o gancho e o braço, aciona um alarme e corta a energia em caso de sobrecarga, garantindo a segurança operacional.

2) Cenários de Pesagem Suspensa

• Pesagem de Hopper/Tanque Suspensos: Pesagem de tanques de dosagem suspensos nas indústrias química e de alimentação animal. Um ou dois sensores são suspensos e instalados simetricamente para resolver o problema da insuficiência de espaço no piso, com uma precisão de até ±0,02%FS.

• Pesagem Suspensa em Processamento de Alimentos: pesagem e classificação suspensas nas indústrias de abate e produtos aquáticos. Modelos em aço inoxidável (316L) atendem aos padrões de higiene alimentar, são fáceis de limpar e desinfetar, e adequados para operações em linha de montagem.

3) Fabricação de Instrumentos de Pesagem de Pequeno e Médio Porte

• Balanças de Gancho/Balanças Portáteis: unidades sensoras principais para balanças de gancho de 0,5t - 20t. Sua estrutura compacta é adequada para o design do corpo da balança, e sua resistência ao impacto suporta sobrecargas instantâneas durante operações de içamento.

• Balanças de Esteira/Balanças Dinâmicas: módulos de pesagem dinâmica para esteiras transportadoras. Instalados no suporte do rolo da esteira, calculam indiretamente o peso do material mediante a medição da tensão da esteira, adaptando-se a cenários de transporte contínuo.

4) Equipamentos para Pesquisa Científica e Experimentação

• Testes Biomecânicos: monitoramento do valor de força em equipamentos médicos de reabilitação (como testes de força em próteses). Modelos de pequena escala e alta precisão (0,01t - 1t) conseguem captar variações sutis no valor da força.

• Controle de força na extremidade de robôs: Retorno de força para o mecanismo de agarre de robôs industriais. Ao medir a força de agarre, a força de fixação é ajustada para evitar danos a peças frágeis (como vidro e cerâmica).

5) Aplicações em Indústrias Especiais

• Indústria Farmacêutica: Controle de pressão de máquinas de enchimento de cápsulas farmacêuticas. Modelos em aço inoxidável higiênico atendem aos padrões GMP, controlando com precisão a pressão de enchimento para garantir dosagem uniforme das cápsulas.

• Indústria de impressão e embalagem: Monitoramento da tensão em máquinas de impressão de filmes. O ajuste em tempo real das velocidades de desenrolamento e enrolamento evita alongamento, deformação ou ruptura do filme, melhorando a precisão da impressão.

5. Instruções de Uso (Guia Prático)

1) Processo de Instalação

• Preparação: Limpe os pontos de conexão da instalação (remova rebarbas e manchas de óleo), verifique a aparência do sensor (sem deformação do elastômero, sem danos ao cabo) e selecione o método de conexão correto de acordo com a direção da força (escolha um anel de elevação para tração e fixação por parafuso para compressão).

• Posicionamento e Fixação: Garanta que a carga seja transmitida ao longo da direção axial do sensor para evitar forças laterais e torcionais; utilize uma chave de torque ao apertar os parafusos (recomenda-se 10-30 N·m para sensores de aço liga, 8-25 N·m para aço inoxidável) para evitar danos às roscas por superaperto.

• Especificação de Fiação: Para sinais analógicos, siga a regra "vermelho - alimentação +, preto - alimentação -, verde - sinal +, branco - sinal -"; para sinais digitais, conecte de acordo com a correspondência de pinos Modbus; o cabo deve ser fixado com segurança para evitar tração por força externa, e a fiação deve ser mantida longe de fontes fortes de interferência, como inversores de frequência (distância ≥ 20 cm).

• Tratamento de Proteção: Para instalação externa, é necessário adicionar uma cobertura contra chuva; em ambientes úmidos/corrosivos, coloque o conector de cabo em uma caixa de junção à prova d'água, e a superfície do sensor pode ser revestida com óleo anti-corrosivo de grau alimentício (para a indústria de alimentos).

2) Calibração e Depuração

• Calibração de Zero: Ligue a energia e aqueça por 15 minutos, execute o comando "calibração de zero", garanta que a saída no zero esteja dentro de ±0,002% FS, e se o desvio for muito grande, verifique se há força lateral na instalação.

• Calibração de Carga: Coloque pesos padrão de 10%, 50% e 100% da carga nominal em sequência, registre os sinais de saída em cada ponto, corrija o erro linear por meio de software de calibração e garanta que o erro ≤ ao valor admissível do nível de precisão correspondente (≤±0,02% FS para nível C3).

• Depuração Dinâmica: Em cenários dinâmicos, como monitoramento de tração, ajuste a frequência de filtro do medidor (5-12 Hz) para equilibrar a velocidade de resposta e a estabilidade dos dados, evitando alarmes falsos causados por flutuações de alta frequência.

3) Manutenção Padrão

• Inspeção Regular: Limpe a superfície do sensor mensalmente, verifique se a conexão roscada está solta; realize a calibração em zero uma vez por trimestre, execute a calibração em escala total uma vez por ano e registre os dados de calibração para referência futura.

• Tratamento de Falhas: Quando houver desvios nos dados, verifique primeiro a tensão da fonte de alimentação (estável entre 12-24 V CC); quando não houver saída de sinal, verifique se o cabo está rompido ou se o sensor está sobrecarregado (acima de 200% da carga nominal pode causar danos).

6. Método de Seleção (Correspondência Precisa aos Requisitos)

1) Determinação dos Parâmetros Principais

• Seleção de Faixa: Selecione o modelo com base em 1,2 - 1,5 vezes o valor máximo real de força (por exemplo, se a força máxima de tração for 8t, pode-se selecionar um sensor de 10 - 12t). Em cenários de tração, deve-se reservar uma margem adicional de 10% para sobrecarga, evitando danos por cargas de impacto.

• Classe de Precisão: Para testes laboratoriais, selecione a Classe C2 (erro ≤ ±0,01%FS); para metrologia industrial, selecione a Classe C3 (erro ≤ ±0,02%FS); para monitoramento geral, selecione a Classe C6 (erro ≤ ±0,03%FS).

• Tipo de Sinal: Para instrumentos tradicionais de pesagem, selecione sinais analógicos (4 - 20mA); para sistemas inteligentes, selecione sinais digitais (RS485); para cenários de IoT industrial, selecione modelos inteligentes com transmissão sem fio (WiFi/4G).

2) Seleção com Base na Adaptabilidade Ambiental

• Temperatura: Para cenários normais (-20°C ~ 60°C), selecione modelos comuns; para cenários de alta temperatura (60°C ~ 100°C), selecione modelos compensados para alta temperatura; para cenários de baixa temperatura (-40°C ~ -20°C), selecione modelos resistentes a baixas temperaturas.

• Meio: Para ambientes secos, selecione aço-liga (revestido com pó na superfície); para indústrias úmidas/alimentícias, selecione aço inoxidável 304; para ambientes com corrosão química, selecione aço inoxidável 316L. • Classe de Proteção: Para ambientes internos secos, ≥IP65; para ambientes externos/úmidos, ≥IP67; para ambientes subaquáticos ou com grande quantidade de poeira, ≥IP68.

3) Instalação e Compatibilidade do Sistema

• Método de Instalação: Para cenários de força de tração, selecione conexão com olhal; para cenários de pressão, selecione fixação com parafuso; para aplicações com força inclinada, selecione modelos com pinos de localização; para espaços limitados, priorize modelos compactos com comprimento ≤50 mm.

• Compatibilidade: Confirme que o sinal do sensor corresponde ao protocolo de comunicação do medidor/PLC existente. Quando múltiplos sensores trabalham em conjunto, selecione modelos digitais que suportem configuração de endereço para evitar conflitos de sinal.

4) Confirmação de Requisitos Adicionais

• Requisitos de Certificação: Para cenários à prova de explosão, é exigida a certificação Ex ia IIC T6/Ex d IIB T4; para a indústria alimentícia, são exigidas as certificações FDA/GMP; para cenários de metrologia, é exigida a certificação CMC.

• Funções Especiais: Para monitoramento dinâmico de tensão, selecione modelos com tempo de resposta ≤5 ms; para monitoramento remoto, selecione modelos com módulo NB-IoT; para cenários higiênicos, selecione modelos de grau higiênico com polimento sem cantos mortos (Ra ≤0,8 μm).

Resumo

As células de carga do tipo S apresentam 'carga de força bidirecional, instalação flexível e alta precisão sob cargas leves' como suas principais vantagens, atendendo principalmente a questões como monitoramento de força bidirecional, instalação em cenários complexos e controle de precisão sob cargas leves. A experiência do usuário foca em operação fácil, manutenção sem complicações e forte adaptabilidade a diversos cenários. Ao selecionar uma célula de carga, é necessário primeiro esclarecer a faixa, precisão, direção da força e requisitos ambientais, e depois tomar uma decisão com base na compatibilidade do sistema e funções adicionais. Durante o uso, devem-se evitar forças laterais e sobrecargas, e os procedimentos de calibração regular devem ser rigorosamente seguidos para garantir operação estável a longo prazo. É adequada para aplicações como medição de tração, pesagem suspensa e instrumentos de pesagem com carga leve, sendo a solução preferida de sensoriamento para cenários de carga média, baixa e monitoramento de força bidirecional.

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