Cos’è e come funziona una cella di carico
Scopriamo com'è fatta e come misura la forza la peso.
Le celle di carico estensimetriche sono sensori utilizzati per la misurazione della forza peso. Sono generalmente impiegate nei sistemi di pesatura o di misurazione della forza, di compressione e di trazione.
La lettura della forza applicata sulla cella di carico si ottiene attraverso il rilevamento di una deformazione di tipo meccanico che il sensore converte in un segnale elettrico in mV, proporzionale alla deformazione stessa.
Ma come funziona esattamente una cella di carico?
Come è fatta
Per capire come funziona una cella di carico occorre prima di tutto considerare com’è fatta.
La cella di carico è composta da due parti: il corpo meccanico e il circuito elettrico.
Il corpo è ciò che sopporta il peso o la forza che si esercita sul sensore.
Generalmente è in acciaio o in alluminio di alta qualità, materiali robusti ma anche elastici in grado di subire una leggera deformazione sotto carico e di tornare nella posizione di partenza, rispondendo alla sollecitazione.
Si tratta dunque di materiali che garantiscono affidabilità meccanica e distribuzione omogenea della deformazione.
Questa caratteristica meccanica si chiama resilienza: più è alta e maggiore è la capacità del materiale di assorbire energia e deformarsi senza però che la deformazione sia permanente.
Nel corpo della cella di carico sono collocati gli estensimetri, conduttori elettrici costituiti da sottilissimi fili metallici di costantana disposti a griglia in uno stretto disegno a zig zag e applicati su una pellicola di materiale isolante.
Gli estensimetri sono saldamente incollati nella zona di massima deformazione del corpo della cella e sono collegati tra loro in un circuito a ponte di Wheatstone.
La combinazione tra alloggiamento meccanico ed estensimetri costituisce una cella di carico.
→ Leggi anche Com’è fatta una cella di carico? per conoscerne nel dettaglio il processo costruttivo.
Come funziona
Quando si applica una forza sulla cella di carico, questa si flette leggermente: il metallo si deforma per poi ritornare alla forma originale una volta rimosso il carico.
Gli estensimetri, totalmente solidali al corpo della cella, si deformano insieme alla sua superficie, allungandosi o contraendosi .
Queste lievi variazioni dimensionali, espresse in millesimi di millimetro (micrometri o micron), causano una variazione della resistenza elettrica dei conduttori che compongono gli estensimetri: quando un conduttore viene allungato, la sua resistenza aumenta; quando è compresso, la sua resistenza diminuisce.
Esempio di ponte di Wheatstone completo su cella di carico a flessione.
La variazione di resistenza viene misurata e convertita in un segnale proporzionale espresso in mV, attraverso il collegamento degli estensimetri a ponte di Wheatstone.
In caso di cella di carico analogica, il segnale in mV della cella di carico viene processato da un trasmettitore o da un indicatore di peso esterno, che lo converte in digitale e lo visualizza in un valore di peso.
In caso di cella di carico digitale, questa conversione avviene direttamente all'interno della cella stessa.
Infine, il valore di peso può essere trasmesso a PC o PLC attraverso uscita analogica o bus di campo.
Diversi tipi di cella di carico
Le celle di carico, di cui abbiamo visto in breve la costituzione e il funzionamento di base, sono sensori molto versatili.
Offrono infatti prestazioni accurate in tantissime applicazioni differenti e sono essenziali in molti settori:
- automazione industriale e automotive;
- chimico farmaceutico, zootecnico e industria alimentare;
- edilizia, sistemi di sollevamento, packaging, tessile e cartario;
- trasporto e movimentazione
- commerciale (bilance per la vendita a peso).
A seconda delle applicazioni specifiche, le celle di carico vengono progettate con forme, dimensioni e caratteristiche anche molto diverse tra loro.
→ Leggi anche Le principali tipologie di celle carico
→ Leggi anche Come scegliere una cella di carico? Guida alle caratteristiche tecniche
→ Leggi anche Come scegliere una cella di carico? I fattori da valutare
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