Sensores de posición (LVDT) diseñados para soportar altas vibraciones y temperaturas extremas en plantas de energía

Los Sensores de posición lineales con cable y conectores BNC estándar a menudo no pueden soportar las altas vibraciones y temperaturas extremas de las plantas de energía que normalmente operan las 24 horas del día, entre 18 y 24 meses continuos.

Macro Sensors introduce la serie HPGS de sensores de posición lineales herméticamente sellados para soportar altas temperaturas con una rosca radial en el conector que asegura una mayor fiabilidad del sensor y una vida útil más larga bajo las altas vibraciones y ambientes sucios de las centrales nucleares, de gas y energía a vapor.

El conector de rosca radial de los sensores HPGS proporciona una conexión segura, lo que permite al sistema de posición soportar la vibraciones pesadas constantes, lo que resulta en una mayor productividad y menor tiempo de inactividad a la hora de las reparaciones.

Además, el conector ofrece un diseño de orificio pasante que permite el acceso a cualquiera de los extremos del núcleo del LVDT para un mejor soporte mecánico y orientación básica; también facilita la limpieza en lugares sucios o polvorientos.

El conector radial también da a los LVDT de la serie HPGS una longitud total más corta en comparación con las unidades de la misma gama de conectores axiales, lo que permite su uso en espacios limitados.

Para hacer frente a diferentes entornos operativos dentro de las plantas de energía, la serie HPGS de sensores de posición lineales, herméticamente sellados y de alto rendimiento, puede ser construida para soportar la exposición a radiación leve (3x107 Rads) e inmersión en fluidos a presión.

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Plug and Play en la monitorización de procesos: Sensores inteligentes garantizan una rápida configuración y ahorro drástico de costes.

Una herramienta esencial para garantizar la calidad en la producción y la fabricación son los sensores - por ejemplo para la monitorización de juntas de unión-. Al mismo tiempo, de la tecnología de medición se espera robustez y un manejo sencillo.

Cualquier instalación debe realizarse de manera rápida y sin errores, para así, poder retomar la producción inmediatamente. El sistema TEDS "Hojas de datos Electrónicas del Transductor", tecnología puesta a prueba en bancos de ensayo, ofrece ahora interesantes opciones para minimizar los tiempos de preparación especialmente en el entorno de la fabricación. Transductores inteligentes equipados con el sistema TEDS configuran automáticamente el sistema de medición- la era del plug-and-play ha empezado en la monitorización de procesos.

Desde un punto de vista mecánico, la integración de los sensores en las instalaciones de producción no presenta ningún problema. No obstante, la configuración del amplificador de acuerdo con las características del sector es una tarea que no debería ser subestimada. Esto requiere un equipo de técnicos experimentados tanto en tecnología de sensores como en las operaciones con amplificadores. Incluso en estos casos, la instalación de una cadena completa de medida es una labor que a veces conlleva la interrupción completa del proceso productivo. Un tiempo reducido en el momento de la configuración y del mantenimiento debe ser un criterio fundamental a la hora de elegir la correcta tecnología de medición con el fin de evitar costes adicionales.

Conecte e inicie la medición

Un sensor que configura automáticamente el amplificador conectado no sólo reduce drásticamente los tiempos de instalación: también  garantiza los resultados más fiables en la medición.  Si el sensor viene equipado de fábrica con un chip que incluye toda la información necesaria, como datos de calibración, número de serie, tipo, punto de medida, no hay nada que dificulte el principio "conectar y empezar a medir". Gracias a las Hojas de Datos Electrónicas (TEDS) el concepto plug-and-play ha conquistado el futuro en el campo de la tecnología de medición. 

El chip del sistema TEDS es un minúsculo módulo electrónico de memoria no volátil – una EPROM (erasable programmable read-only memory) – donde se almacenan todos los datos relevantes. Además de la información mencionada, otros datos tales como la tensión de excitación a utilizar, información sobre la última calibración o las iniciales del laboratorio de calibración, (por ej. el laboratorio de calibracion HBM).

Mayor seguridad para sus tareas de medición

La tecnología TEDS garantiza mediciones simplificadas y seguras: Las características principales están almacenadas en los  sistemas TEDS y el amplificador se configura de acuerdo a las mismas. Todo esto es posible sin cambiar las conexiones, Para usar el sistema TEDS, con que el amplificador pueda leerlos es necesario.

El sistema TEDS es aceptado y plenamente utilizado por la industria, no sólo por HBM. Esto significa que transductores y sensores de otros fabricantes también pueden conectarse vía TEDS.

Inmenso potencial de ahorro en la producción y fabricación

Uniendo una instalación extremadamente simple a una reducción de costes, el sistema TEDS además ofrece numerosas ventajas: Si un sensor falla, se pueden identificar y reemplazar inmediatamente.  Búsquedas agotadoras y el consabido parón de la producciónpertenecen ya al pasado. Incluso un empleado sin demasiada experiencia puede reemplazar el sensor ya que la cadena de medida no tiene que ser reconfigurada. Simplemente activando la función "Use TEDS automatically" el amplificador leerá la información del sistema TEDS y se configurará correspondientemente. Esto garantiza una rápida configuración y un sencillo mantenimiento.

Simples reajustes con el sistema TEDS

Añadir TEDS a un sistema de medición existente  es algo muy sencillo. El chip, al ser muy compacto, se inserta sin dificultad en el conector o en el cable del transductor. Son ya muchas las empresas que reconocen que el uso de transductores inteligentes ofreceexcelentes oportunidades para incrementar la eficiencia. El sistema TEDS se basan en la norma industrial IEEE 1451.4 en cuyo desarrollo HBM ha participado activamente.

Las ventajas del sistema TEDS:

• Ahorro de costes gracias a una drástica reducción de los tiempos de configuración y de medición gracias a la tecnología "plug-and-measure "

• Prevención de los parones de producción gracias a una menor necesidad e mantenimiento. Disminución de los esfuerzos invertidos en mantenimiento gracias a unas opciones de diagnóstico mejoradas

• Configuración del sistema de medición exenta de errores

• Mayor fiabilidad y mejor trazabilidad de los resultados de medición gracias a una identificación inequívoca y uso de los datos de calibración

Dongle TEDS para la toma de sus propios datos

Tiene alguna demanda específica, como escribir sus propios datos en el sistema TEDS o copiar datos existentes? Esto resulta fácil usando el dongle TEDS, que permite la lectura/escritura de la información TEDS en el chip de memoria. Esto significa que se pueden transferir las plantillas del TEDS fácilmente a nuevos transductores o archivarlas en un PC conectado.

El dongle se conecta a un Windows PC a través de puerto USB. No es necesaria tensión de alimentación adicional. El software necesario, el editor del sistema TEDS, está disponible sin costes en el CD-ROM incluido en el envío o también se puede descargar desdewww.hbm.com/support. Los valores característicos también se pueden editar por los usuarios con necesidades adicionales. Es posible además especificar una frecuencia de filtro para la aplicación o para la asignación de un nombre de canal.

Demasiado donde elegir...

¿Sensores piezoeléctricos o transductores de fuerza con galgas extensométricas?

En la actualidad hay dos principios fundamentales de medición de fuerzas: los sensores piezoeléctricos y los transductores de fuerza con galgas extensométricas. ¿Cuál es más adecuado para cada ocasión?

1. Fundamentos técnicos

Los transductores de fuerza con galgas extensométricas contienen siempre un elemento de resorte sobre el que se aplica la fuerza. La fuerza produce una pequeña deformación del elemento de resorte. Las galgas extensométricas, instaladas en los puntos apropiados, sufren una elongación y un cambio de resistencia. Para formar un puente de Wheatstone se requieren al menos cuatro galgas extensométricas. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de este puente de medición, la tensión de salida resultante es proporcional a la fuerza aplicada.

Principio de funcionamiento de un sensor con galgas extensométricas. El tamaño del elemento de resorte determina el rango de medición.

Los sensores piezoeléctricos consisten en un electrodo situado entre dos discos de cristal. Cuando se aplica una fuerza, se produce una carga eléctrica que se puede medir con ayuda de un amplificador de carga. Dicha carga eléctrica es proporcional a la fuerza aplicada.

2. ¿Qué principio es mejor para cada aplicación?

Monitorización estática

Los sensores basados en galgas extensométricas apenas tienen deriva. Por ello, son especialmente apropiados para tareas de monitorización a largo plazo. Además, la fluencia—es decir, el cambio reversible y dependiente del tiempo que se produce en la señal de salida cuando se aplica una fuerza constante— es extremadamente baja y puede minimizarse mediante una selección cuidadosa de la disposición de las galgas extensométricas. Los modernos sensores de HBM, por ejemplo el S2M, ofrecen valores de fluencia de menos de 200 ppm del valor medido; un error despreciable en numerosas aplicaciones.

Debido a su principio de funcionamiento, los sensores de fuerza piezoeléctricos tienen una deriva estimada de alrededor de 1 N/min., con la que hay que contar una vez que la cadena de medición entra en funcionamiento. Dado que este valor permanece invariable con independencia de la fuerza medida, el error de medición relativo resultante de la deriva es especialmente desfavorable en aplicaciones de medición de fuerzas débiles durante largos periodos de tiempo.

Mediciones de fuerzas dinámicas

Los sensores piezoeléctricos muestran una deformación muy pequeña cuando se les aplica una fuerza. En otras palabras, son muy rígidos. Por ello, poseen una alta frecuencia de resonancia que, en principio, resulta muy favorable en las aplicaciones dinámicas. Ahora bien, en el estudio de las propiedades dinámicas, toda la cadena de medición es crítica. Las piezas de montaje utilizadas para instalar el sensor aportan una masa adicional que, por supuesto, se suma a la masa total del sistema y, por tanto, influye en la frecuencia de corte. Además, muchos amplificadores de carga tienen un ancho de banda que depende de la carga y, por lo tanto, de la fuerza a medir. Las fuerzas de gran magnitud producen cargas eléctricas elevadas que, a su vez, limitan el ancho de banda.

Los sistemas basados en galgas extensométricas permiten trabajar con frecuencias de corte más altas y son más adecuados cuando se desea medir fuerzas nominales de mayor intensidad. En principio, los transductores de fuerza para fuerzas débiles tienen elementos de resorte sensibles, por lo que la frecuencia de resonancia del transductor es a su vez baja. Siempre interesa consultar la hoja de datos. Los sensores piezoeléctricos son la mejor elección para mediciones rápidas de pequeñas fuerzas, mientras que los transductores de fuerza basados en galgas extensométricas son en general superiores cuando intervienen fuerzas intensas.

Tareas de calibración

El circuito que se utiliza para conectar las galgas extensométricas permite compensar muchas fuentes de error. Además de los efectos de la temperatura sobre el punto cero y la sensibilidad, también compensa la falta de linealidad de los transductores o el efecto del momento de flexión. Por otro lado, los sensores de galgas extensométricas permiten realizar calibraciones estáticas muy precisas. Los elementos de resorte pueden diseñarse para obtener una reproducibilidad óptima. Como resultado, los transductores de fuerza con galgas extensométricas son los únicos que se utilizan para medir fuerzas de referencia.

Medición con cargas iniciales altas

Cuando se aplica una fuerza a un sensor piezoeléctrico, este produce una carga eléctrica que se puede cortocircuitar si es necesario. Con ello, el estado de la entrada del amplificador de carga es igual al de una fuerza “nula”. En consecuencia, el rango de entrada del amplificador de carga no se ve afectado por las cargas de trabajo iniciales elevadas. La tecnología piezoeléctrica permite, por tanto, hacer mediciones a la máxima resoluciónincluso en condiciones desfavorables.

Entornos difíciles

Algunos transductores de galgas extensométricas tienen un grado de protección IP68 (por ejemplo, el S9M y el U10M con opción de cable). Los alojamientos son estancos y protegen las galgas extensométricas, que son muy sensibles. De este modo, es posible utilizar estos transductores en entornos desfavorables.

Existen cables para transductores piezoeléctricos con una junta especial que garantiza una perfecta estanqueidad del alojamiento del sensor y una alta seguridad de funcionamiento(referencia del cable: KAB145-3)

Mediciones de alta precisión

Los transductores de fuerza modernos tienen una precisión muy alta; sobre todo los transductores basados en galgas extensométricas, que miden con un error individual inferior a 200 ppm. Los sensores piezoeléctricos tienen un error de linealidad ligeramente mayor, en general del 0,5% del fondo de escala. Su deriva es relativamente alta, lo cual limita su uso. Para mejorar la precisión de forma significativa, se puede calibrar el sensor en el intervalo de fuerza en el que se desea medir.

Cuando hay restricciones de espacio

Los sensores de fuerza piezoeléctricos pueden ser muy compactos. Por ejemplo, la serie CLP tiene una altura inferior a 4 mm. Estos sensores son la solución ideal cuando se requiere integración en sistemas ya existentes.  En estos casos, puede ser preciso hacer concesiones en términos de precisión. Sin embargo, la necesidad de dimensiones muy pequeñas es primordial en muchas aplicaciones.