Sensores piezoeléctricos vs extensométricos

¿Qué diferencia existe entre los sensores piezoeléctricos y los extensométricos?

Ambas tecnologías se basan en el hecho de que determinados materiales cambian sus propiedades eléctricas con la aplicación de fuerza mecánica. Mientras que los sensores piezoeléctricos generan cargas eléctricas como resultado de la deformación elástica, en el caso de los extensométricos se produce un cambio en la resistencia eléctrica. Ambas técnicas de medición se complementan entre sí y, dependiendo de cada aplicación, es preferible utilizar un extensométrico o un sensor piezoeléctrico. En principio, es posible cubrir alrededor del 80 por ciento de todos los requisitos metrológicos tanto con sensores piezoeléctricos como con extensométricos.

Ventajas de los extensométricos

• Mayor variedad de aplicaciones
• Fáciles de utilizar en comparación
• Alcanzan una gran precisión (índice de errores de medición inferior al 0,1 %)
• Aislamiento de cables y movimiento de cables no problemáticos
• Medición sin deriva incluso durante periodos prolongados
• Compensación de las fluctuaciones de temperatura a través del puente de Wheatstone

Ventajas de los sensores piezoeléctricos

• Especialmente adecuados para procesos cuasiestáticos y dinámicos
• Detección de cambios de carga altamente dinámicos en el rango de hasta un milisegundo
• Rango de medición muy amplio de hasta seis décadas
• Los parámetros metrológicos como la sensibilidad, el umbral de respuesta y la resolución son independientes del tamaño del senso
• Estructura muy compacta
• Resistentes a temperaturas altas y bajas y a la sobrecarga
• Libres de fatiga, vida útil prolongada y gran estabilidad a largo plazo

Conozca más sobre el efecto piezoeléctrico.

Piezoelectric principle: Capturing electrical charge

The force is applied to a piezoelectric crystal and causes a charge shift at the molecular level and within the lattice structure. This electric charge is captured at the crystal surface and converted into a voltage signal by means of a so-called charge amplifier.

Advantage:

The deformation is extremely small since the charge effect is caused by shifts within the atomic structure. This enables the realization of extremely rigid structures featuring high natural frequencies. This is ideal for capturing very fast or high-frequency measurement events.

Disadvantage:

The electric charge is very volatile. Where there is no perfect isolation, charge is lost over time. This makes long-term stable measurements difficult, especially if you want to measure small forces. Furthermore, a piezoelectric sensor is far more subjected to temperature changes.

The strain gauge principle: Capturing a change in electric resistance induced by elastic deformation

The force is applied to a spring body, which deforms proportionally to the force exerted. This deformation again causes compression or stretching of the attached strain gauges and thus a change in their electrical resistance. By using a simple electrical measuring bridge circuit, a usable voltage signal can be generated.

Advantage:

Measurements are very long-term stable and changes in temperature can be better compensated. Sensors featuring very high accuracy can be realized.

Disadvantage:

The quality of signal acquisition improves with the grade of the strain gauges’ elastic deformation. That means that its structure is rather soft, featuring a low natural frequency, which is inappropriate for faster-measuring events. Due to deformation, material fatigue and overstrain are additional critical aspects of this measurement principle.