Le celle di carico non sono tutte uguali

Le celle di carico non sono tutte uguali: in base alla finalità d’uso, le tipologie di celle di carico variano per struttura e composizione. Approfondiamo insieme.

Tra le celle di carico in uso per la pesa elettronica è sicuramente d’obbligo nominare le celle ad estensimetri elettrici. In generale, un estensimetro elettrico non è altro che uno strumento di misura in grado di rilevare delle deformazioni, anche minime, di un materiale sottoposto a sollecitazioni meccaniche o termiche. Attraverso la rilevazione delle deformazioni è possibile ricavare il carico a cui il materiale è sottoposto.

Le celle di carico ad estensimetri elettrici sono, quindi, composte da un corpo metallico su cui sono incollate delle resistenze elettriche, i veri e propri estensimetri. Quando il carico viene applicato, il metallo si deforma, variando la resistenza elettrica degli estensimetri applicati.

Mediamente, ogni cella di carico è dotata di quattro o otto estensimetri, collegati tra loro in una configurazione a ponte di Wheatstone alimentato a tensione costante su una diagonale. Il ponte fornisce, in uscita, sulla seconda diagonale, un segnale proporzionale sia alla tensione di alimentazione, sia alla variazione di resistenza degli estensimetri. Quest’ultima è causata dal carico applicato, che ha deformato il metallo.

In uscita verrà, dunque, fornito un segnale espresso in mV/V, un milliVolt per ogni Volt di alimentazione.

Affinché il ponte estensimetrico sia preciso è necessario integrarlo con i seguenti circuiti ausiliari:

1. Circuito di azzeramento del ponte: permette di avere un’uscita zero quando non è presente alcun carico;
2. Circuito di compensazione della deriva di zero: permette di neutralizzare le variazioni del modulo elastico causate dai cambiamenti di temperatura a carico zero;
3. Circuito di compensazione della deriva di campo: similmente a quello sopra, questo circuito neutralizza le variazioni del modulo elastico correlate ai cambi di temperatura durante il carico;
4. Circuiti di calibrazione del segnale di uscita: rendono stabile il segnale attraverso l’impiego di resistenze ad alta stabilità in serie alla tensione di alimentazione;

Infine, è bene precisare che i circuiti di calibrazione del segnale di uscita e i circuiti di compensazione della deriva di campo devono necessariamente essere divisi in modo simmetrico su tutto il circuito di alimentazione per scongiurare la circolazione di correnti parassite quando si utilizzano sistemi con più celle di carico.

Le celle di carico a estensimetri elettrici possono essere di vari tipi. Vediamoli.

• Flessione portante per piatti
Questa tipologia di celle di carico è indicata per sistemi di piccola e media portata dove è importante che il piano di pesatura resti insensibile al punto di applicazione del carico. Generalmente in alluminio, ne è sconsigliato l’uso in ambienti ad alto tasso di umidità o in presenza di aggressivi chimici a causa dell’impossibilità della sigillatura ermetica a causa della loro particolare forma costruttiva.

• Flessione doppia
Sono celle particolarmente indicate per la pesa a piccole portate (2÷300 kg) e offrono una buona risposta anche in sistemi con elevata dinamica. Hanno, inoltre, una relativa insensibilità al punto di applicazione del carico, cosa che le rende utilizzabili anche per la pesatura di piccole piattaforme e contenitori con baricentro soggetto a piccoli spostamenti.

• Taglio
Queste celle vengono impiegate per la pesatura di media portata (0,5÷10 t). Richiedono, tuttavia, solide basi di fissaggio, saldamente ancorate, al fine di sopportare i momenti flettenti particolarmente elevati generati durante le fasi di pesatura. Non indicate per alti carichi trasversali a causa della loro sezione di misura a H.

• Membrana
Le celle di carico a membrana sono indicate per la media portata (0,5÷50 t), sono pratiche da montare e sono dotate di un’elevata resistenza ai carichi trasversali.

• Universali trazione/compressione
Impiegate nella media portata (100 kg÷10 t), queste celle, come definito dal nome, consentono misure di spinta e trazione in apparecchiature di prova su mezzi di sollevamento.

• Compressione a colonna
L’impiego è, solitamente, per pesature di media/grande portata (10÷500 t). Sono autocentranti e permettono la libera dilatazione termica delle parti.

• Perno
I perni sono impiegati su mezzi di sollevamento e macchine operatrici. Gran pregio dei perni è la possibilità di sostituzione di perni già in opera senza il bisogno di modifiche. Generalmente, le celle di carico a perno sono dimensionate ad hoc per ogni applicazione.

• Altri tipi di celle
Tra gli altri tipi di celle nominiamo le toroidali, a doppio taglio, a flangia e ranella.

Terminologia delle celle di carico

tabella

Vediamo nel dettaglio il significato di ogni termine:

• Carico nominale: Carico corrispondente all'uscita nominale
• Carico iniziale: Carico al di sotto del quale non sono più validi i dati di specifica
• Carico massimo: Carico al di sopra del quale non sono più validi i dati di specifica
• Non linearità (linea migliore): Scostamento massimo dalla retta migliore delle misure in salita
• Errore di isteresi: Scostamento massimo tra misure in salita e discesa
• Errore di ripetibilità: Massima deviazione standard su dieci misure
• Deriva in 30 minuti: Variazione del segnale in 30 min dopo una rapida variazione di carico
• Campo temperatura nominale: Campo di temperatura ambiente entro cui sono validi i dati di specifica
• Deriva termica di zero: Variazione max di segnale per ogni 10 °C di variazione di temperatura ambiente con carico nullo
• Deriva termica di campo: Variazione max di segnale per ogni 10 °C di variazione di temperatura ambiente con cella caricata
• Effetto variazioni pressione: Variazione del segnale di uscita per effetto delle variazioni di pressione barometrica
• Uscita nominale: Uscita corrispondente al carico nominale
• Tolleranza sull'uscita a zero: Valore max che può assumere l'uscita con cella senza carico
• Tensione alimentazione massima: Massima tensione di alimentazione della cella
• Resistenza di ingresso: Resistenza misurata tra i conduttori di alimentazione della cella
• Resistenza di uscita: Resistenza misurata tra i conduttori di segnale della cella
• Resistenza di isolamento a 50 V: Resistenza misurata in c.c. tra circuito della cella e cassa

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