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Cos'è una cella di carico?
Una cella di carico è un sensore elettromeccanico utilizzato per misurare la forza o il peso. Ha un design semplice ma efficace che si basa sulla ben nota trasmissione tra una forza applicata, la deformazione del materiale e il flusso di elettricità. Sono dispositivi incredibilmente versatili che offrono prestazioni accurate e robuste in una gamma diversificata di applicazioni. Non sorprende che siano diventati essenziali per molti processi industriali e commerciali, dall'automazione della produzione di auto alla pesatura della spesa alla cassa. Con l'esplosione della tecnologia, stanno emergendo nuove ed eccitanti applicazioni che trarranno vantaggio dall'uso delle celle di carico. Nuovi progressi nella robotica, nell'aptica e nelle protesi mediche, solo per citarne alcuni, necessitano tutti di modi efficaci per misurare forze e pesi. Nuovi tipi di celle di carico vengono continuamente progettati per soddisfare le esigenze di questo mercato in continua evoluzione.
Come funzionano le celle di carico
Ecco una guida passo-passo su come funzionano le celle di carico:
- Fissaggio della cella di carico: Un'estremità è solitamente fissata a un telaio o una base, mentre l'altra estremità è libera di attaccare il peso o l'elemento portante del peso.
- Applicazione della forza: Quando la forza viene applicata al corpo della cella di carico, si flette leggermente sotto la tensione. Questo è simile a ciò che accade a una canna da pesca quando un pescatore pesca un pesce.
- Flessione proporzionata: Proprio come un pescatore sperimenta una maggiore curvatura della canna con un pesce più grande e più forte, la cella di carico si flette maggiormente sotto una forza applicata maggiore.
- Rilevamento della deformazione: Anche se la deformazione è molto sottile e non visibile a occhio nudo, viene rilevata dai trasduttori di deformazione.
- Misurazione della deformazione: Per misurare la deformazione, i trasduttori di deformazione sono saldamente legati al corpo della cella di carico in punti pre-determinati, facendoli deformare all'unisono con il corpo.
- Misurazione del carico: Il movimento risultante altera la resistenza elettrica dei trasduttori di deformazione in proporzione alla quantità di deformazione causata dal carico applicato. Questa resistenza alterata fornisce una misurazione precisa del carico o della forza applicata.
Tecnologia di una cella di carico
Una tipica cella di carico è composta da due parti: il corpo principale e un circuito elettrico collegato. Il corpo principale è ciò che sopporta il peso o la forza e rappresenta la maggior parte delle dimensioni della cella di carico. Tipicamente, è realizzato in acciaio o alluminio di alta qualità, che garantisce affidabilità meccanica e una distribuzione uniforme e prevedibile della tensione.
Il circuito elettrico è contenuto all'interno della cella di carico, saldamente legato al corpo principale. Il circuito include trasduttori di deformazione che sono parti specializzate del circuito progettate per rilevare le deformazioni del corpo principale.
Questi trasduttori di deformazione sono costituiti da filo o foglio conduttivo sottile disposto in un preciso motivo a zig-zag. Questo motivo li rende sensibili all'allungamento e alla compressione lungo la loro lunghezza, ma insensibili lungo la loro larghezza. Pertanto, possono essere posizionati con precisione per rilevare le forze che corrono lungo particolari assi. Ad esempio, le celle di carico a trave hanno i loro trasduttori di deformazione posizionati ad un angolo di 45 gradi rispetto all'asse di carico, al fine di massimizzare il rilevamento della deformazione di taglio che attraversa la cella di carico.
Protezione ambientale
A seconda dell'ambiente, una cella di carico può trovarsi in condizioni ambientali molto diverse. Naturalmente, una stanza pulita all'interno di un laboratorio medico differisce notevolmente dalla parte inferiore di un camion per miniera a cielo aperto, ma entrambi possono utilizzare diversi tipi di celle di carico. È quindi importante che siano adeguatamente protette dall'ambiente esterno, per garantire le loro prestazioni durature per l'uso previsto.
La maggior parte delle celle di carico sarà sigillata. Ciò significa che le cavità sono riempite con un materiale in resina o resina che copre completamente i componenti elettronici. Ciò aiuta a proteggere i circuiti da danni esterni e umidità e aiuta anche a dissipare il calore.
Alcune celle di carico presentano sigilli ermetici per la protezione ambientale più completa. Una sigillatura completamente saldata fornisce un involucro ermetico e robusto, resistente alle condizioni più difficili.
Certificati ATEX e FM sono disponibili per alcune celle di carico. Questi certificati indicano che è appropriato usarli in ambienti potenzialmente esplosivi senza rischio di scintille. Questo è ideale per attività che rilasciano gas o vapori infiammabili come la verniciatura di veicoli o luoghi di lavoro che gestiscono polveri organiche fini come farina di grano o legno.
Precisione della cella di carico
Diverse attività richiedono gradi diversi di precisione. Una bilancia medica che misura dosi di farmaci ovviamente deve avere una maggiore risoluzione rispetto a una bilancia industriale che pesa grandi quantità di ghiaia o sabbia. Pertanto, troverai diversi tipi di celle di carico che offrono livelli variabili di precisione e capacità, per soddisfare queste diverse applicazioni.
Esistono regole e accordi internazionali che mirano a fornire un certo controllo di qualità su attrezzature di pesatura e misurazione della forza. L'idea è che tali regolamentazioni aiutino a promuovere l'armonia tra diverse giurisdizioni, facilitando il commercio e l'attività economica.
A livello internazionale, l'Organizzazione Internazionale di Metrologia Legale (OIML) governa queste regolamentazioni metrologiche e negli Stati Uniti il Comitato di Valutazione dei Tipi Nazionali (NTEP) fa lo stesso.
Molte attività commerciali in cui il prodotto viene venduto per peso richiedono attrezzature di pesatura legali. Queste sono attrezzature certificate dalle autorità competenti (OIML, NTEP o normative nazionali) per l'uso in tali applicazioni. Tipicamente, per bilance commerciali, le vedrai certificate come classe C3 sotto OIML.
Le celle di carico con certificazione OIML o NTEP saranno adatte per applicazioni di pesatura legali. A volte avranno entrambe le certificazioni OIML e NTEP, altre potrebbero averne solo una, a seconda del mercato o della regione in cui vengono vendute.
Al di fuori di queste certificazioni, le celle di carico sono etichettate come uso generale (GP). Queste non sono certificate ma spesso possono offrire livelli di precisione simili. Questo è ideale in situazioni in cui non si applicano regolamentazioni di pesatura legali.
Installazione e utilizzo
Le prestazioni di una cella di carico dipendono da molti fattori. Centrale tra questi è l'installazione e l'allineamento corretti. Spesso si dice che una cella di carico è tanto buona quanto il suo montaggio. Pertanto, è importante seguire attentamente le raccomandazioni del produttore per ottenere i migliori risultati dal tuo dispositivo e garantire un uso sicuro e duraturo. Queste raccomandazioni includono spesso informazioni sull'installazione e l'allineamento corretti della tua cella di carico, la scelta appropriata di fissaggio e fissaggio, l'uso di hardware di montaggio accessorio, aggiunte elettroniche e procedure di calibrazione.
Lavorando a stretto contatto con il fornitore di celle di carico, ti assicuri di scegliere la migliore strategia e il miglior prodotto per soddisfare le tue esigenze specifiche e, grazie al supporto continuato, confidi che la tua soluzione sarà efficace e duratura.
Tipi di celle di carico
Una cella di carico è disponibile in varie forme e configurazioni che possono essere specificate per l'uso in diverse aree di applicazione. Comunemente, le celle di carico rientrano in quattro diverse categorie, tuttavia, la loro tecnologia di base rimane la stessa.
Le principali categorie di celle di carico sono:
Trave
Le celle di carico a trave sono sensori altamente versatili che funzionano tipicamente come travi aggettanti, con un'estremità fissata e l'altra libera di flettersi quando sottoposta a una forza.
Alcune celle di carico a trave possono essere considerate anche a doppia estremità, il che significa che il sensore è fissato ad entrambe le estremità e caricato al centro.
Punto singolo
Tipicamente, le celle di carico si basano sulla forza applicata che viene posta in un punto centrale del corpo del sensore. La deviazione della forza applicata centralmente comporterà una perdita di precisione.
Le celle di carico a punto singolo funzionano in modo diverso, consentendo un carico fuori centro mantenendo al contempo la precisione. Questa capacità le rende una scelta ideale per applicazioni in cui il carico viene applicato con una certa variabilità di posizionamento.
Compressione
Come suggerisce il nome, una cella di carico a compressione misura una forza di schiacciamento o spinta. In generale, il loro design imita una colonna, conferendo al sensore resistenza aggiuntiva per l'uso in applicazioni statiche ad alta capacità.
Tensione
Come suggerisce il nome, una cella di carico a tensione è principalmente utilizzata per misurare una forza di trazione, dove il carico è sospeso dal piede del sensore, causandone l'allungamento.
Le celle di carico a tensione vengono talvolta chiamate anche celle di tipo S o S a causa della loro forma che assomiglia alla lettera S. Molte celle di carico a tensione possono anche essere utilizzate per misurare una forza compressiva, rendendole estremamente versatili.