Se ti stai chiedendo come scegliere la cella di carico giusta, sei già nel cuore della progettazione di un buon sistema di pesatura. Una cella di carico è una forma speciale di trasduttore di forza utilizzato specificamente nella tecnologia di pesatura. A differenza dei trasduttori di forza classici, che di solito sono calibrati in newton o kilonewton, le celle di carico sono tipicamente calibrate direttamente in grammi, chilogrammi o tonnellate, rendendo facile la lettura e l’utilizzo dei loro risultati nei sistemi di pesatura.
In pratica, una cella di carico misura la forza di peso che agisce su di essa. Il carico applicato deforma elasticamente il corpo di misura. Gli estensimetri integrati (ponte di Wheatstone) convertono questa deformazione elastica in un segnale elettrico proporzionale al peso applicato. Dopo lo scarico, il sensore ritorna alla sua forma originale. Le moderne celle di carico WIKA raggiungono precisioni di misura molto elevate, tipicamente comprese tra lo 0,01 % e lo 0,05 % del carico nominale, e vengono utilizzate in bilance a piattaforma, di riempimento, a nastro e per imballaggio, sistemi di prova dinamici e molte forme di bilance elettroniche di precisione e industriali.
Scegliere la cella di carico giusta significa quindi abbinare questo corpo di misura e la sua elettronica al proprio progetto meccanico, al proprio processo e ai propri requisiti di precisione.
Che cos’è una cella di carico e come funziona?
Tecnologia di pesatura
Da un punto di vista fisico, le celle di carico e altri trasduttori di forza si basano sullo stesso principio. La forza che agisce sul sensore provoca una deformazione elastica del corpo di misura. Questa deformazione porta a una variazione proporzionale del segnale di uscita del ponte di misura. Una volta rimossa la forza, il corpo ritorna nella sua posizione iniziale e il sensore ritorna al suo stato iniziale.
La differenza tra un trasduttore di forza generico e una cella di carico risiede principalmente nella calibrazione e nell’applicazione prevista. Le celle di carico sono ottimizzate per la misurazione del peso. Sono progettate per essere integrate in bilance e recipienti di processo e per fornire un output stabile e ripetibile in condizioni reali. La gamma di prodotti WIKA per la tecnologia di pesatura copre una serie completa di queste soluzioni, dalle celle di carico single point, a taglio/flessione, ad S, a compressione (rocker-pin) e canister, nonché i corrispondenti kit di montaggio e moduli di pesatura.
Criteri chiave per la scelta della cella di carico giusta
Per scegliere la cella di carico giusta, il punto di partenza è sempre l’applicazione. È necessario innanzitutto definire l’intervallo di peso da misurare, compreso un margine di sovraccarico adeguato. Una cella di carico non deve essere selezionata in base al carico massimo assoluto previsto, ma con un margine sufficiente per far fronte a sovraccarichi occasionali, effetti dinamici e fattori di sicurezza.
La precisione di misura richiesta è un altro fattore centrale. Una bilancia di controllo in una linea di confezionamento, un sistema di dosaggio in un impianto chimico e un silo di stoccaggio richiedono tutti livelli di precisione diversi. I sistemi ad alta precisione possono richiedere celle di carico più sensibili, una progettazione meccanica più accurata e un’elettronica di pesatura più raffinata.
La geometria del corpo di misura deve corrispondere alla configurazione meccanica. Le celle di carico single point sono ideali per piattaforme compatte. Le celle di carco a taglio/flessione sono adatte a recipienti e serbatoi di piccole dimensioni. Le celle di carico a compressione sono utilizzate su silos pesanti e contenitori di grandi dimensioni. Le celle di carico ad S sono la soluzione classica per i carichi sospesi e la misurazione della tensione. Per applicazioni con altezza ridotta, si impiegano spesso celle single point o celle di carco a taglio/flessione con geometrie compatte, mantenendo accuratezza e stabilità anche in condizioni dinamiche.
È inoltre necessario considerare come le forze vengono introdotte nel sensore. In alcuni casi, le celle di carico possono essere fissate direttamente ai dispositivi di fissaggio esistenti, ad esempio quando il serbatoio dispone già di punti di montaggio adeguati. In altri casi, saranno necessari moduli di pesatura o kit di montaggio dedicati per garantire che il carico venga trasmesso in modo pulito e che nessuna forza indesiderata o forza laterale distorca la misurazione. WIKA sottolinea che una corretta installazione richiede esperienza e che l’utilizzo di accessori dedicati aiuta a ottenere misurazioni sicure e accurate.
Le influenze ambientali completano il quadro. Le variazioni di temperatura, le vibrazioni, gli urti, l’umidità, le procedure di pulizia e le possibili atmosfere esplosive influenzano la scelta dei materiali, la tenuta, la classe di protezione e persino il design meccanico del montaggio.
I principali tipi di celle di carico e quando utilizzarle
- Celle di carico single point: sono tra i modelli più utilizzati nella moderna tecnologia di pesatura. Visivamente, assomigliano a un parallelepipedo con un intaglio centrale e fori di montaggio.
Il vantaggio principale è che la misurazione rimane corretta indipendentemente dalla posizione del carico sulla piattaforma. Ciò significa che è possibile posizionare un oggetto al centro o vicino a un angolo e ottenere comunque una lettura accurata. Le celle di carico single point sono tipicamente utilizzate in tutti i tipi di bilance a piattaforma, dalle bilance da bagno e da supermercato alle bilance da banco nell’industria, e sono generalmente adatte per pesi più leggeri fino a poche centinaia di chilogrammi. Le celle di carico single point di WIKA offrono un’elevata precisione di misura compresa tra lo 0,01 % e lo 0,05 % del carico nominale e vengono utilizzate in bilance a piattaforma, bilance di riempimento, bilance a nastro e bilance per imballaggio, sistemi di prova dinamici, etichettatrici di prezzo e molte altre applicazioni industriali.
- Celle di carico a taglio/flessione: possono essere immaginate come robuste travi metalliche, tipicamente in acciaio inossidabile, che si deformano quando viene applicato un peso.
Questi tipi di celle di carico a taglio/flessione sono solitamente installati sotto recipienti, tramogge o serbatoi più piccoli, spesso in combinazione con un modulo di pesatura che include arresti meccanici, protezione antisollevamento e compensazione dell’espansione termica. Sono particolarmente adatte per applicazioni con carichi da poche centinaia di chilogrammi fino a circa dieci tonnellate, a seconda dell’esecuzione e della configurazione della cella. Nella gamma di prodotti di tecnologia di pesatura WIKA, costituiscono un ponte tra i sistemi a piattaforma più piccoli e le celle di carico a compressione molto grandi per silos pesanti.
- Celle di carico a compressione: quando i recipienti diventano grandi e pesanti, le celle di carico a compressione sono solitamente la soluzione preferita. Si presentano come dischi compatti o cilindri con sporgenze di diametro inferiore su una o entrambe le facce.
Le celle di carico a compressione di WIKA sono progettate in formato compatto o a bilanciere (rocker-pin) e sono adatte per misurazioni statiche e dinamiche nel flusso di forza diretto. Sono utilizzate principalmente per la pesatura ad alta precisione di serbatoi e contenitori pesanti, compresi silos e recipienti di processo che possono raggiungere pesi fino a 300 tonnellate per supporto. In combinazione con appositi kit di montaggio, la forza del peso viene trasferita in modo ottimale e la protezione antisollevamento è integrata nel sistema. La pagina celle di carico a compressione offre una panoramica di queste soluzioni ad alta capacità e delle loro applicazioni tipiche.
- Celle di carico ad S: prendono il nome dal loro caratteristico profilo a forma di S. Le estremità della “S” incorporano spesso una protezione da sovraccarico integrata, mentre la sezione centrale ospita l’elemento di misura. WIKA offre celle di carico as S sia in versione standard che in versione miniaturizzata. Le versioni miniaturizzate sono ideali ovunque lo spazio di montaggio sia molto limitato o dove debbano essere rilevate solo forze ridotte. Entrambe le varianti sono montate con filettature femmina e sono caratterizzate da elevata precisione, comportamento dinamico e resistenza alla fatica.
Le celle di carico ad S sono spesso utilizzate per pesare recipienti sospesi. Poiché il carico è appeso direttamente al sensore, il percorso della forza è lineare e facile da comprendere. Sono inoltre molto diffuse nelle macchine di prova e in molte applicazioni in cui è necessario misurare sia la tensione che la compressione.
Modelli speciali e trasduttori di deformazione
Oltre alle geometrie standard, esistono numerosi modelli speciali di celle di carico per applicazioni complesse o non standard. WIKA definisce trasduttori di forza speciali i trasduttori di forza che non corrispondono alle forme tipiche e li offre insieme a estensimetri o sensori di deformazione nella categoria trasduttori di forza speciali.
Tra questi, i trasduttori di deformazione o gli estensimetri sono particolarmente interessanti per i progettisti e i progetti di retrofit. Invece di inserire un nuovo trasduttore di forza nella struttura, il sensore di deformazione viene avvitato direttamente su una cella o un supporto esistente. Il sensore misura la deformazione causata dalle forze che agiscono su questo corpo. Dopo il montaggio e la regolazione, questa deformazione viene trasferita al sensore tramite contatto per attrito e, di conseguenza, la combinazione si comporta come un classico trasduttore di forza, nonostante la misurazione indiretta. I trasduttori di deformazione sono particolarmente interessanti per silos o serbatoi esistenti dove il retrofit di celle di carico a taglio/flessione sarebbe costoso e invasivo. Gli estensimetri WIKA sono adatti per misurazioni statiche e dinamiche e sono disponibili con diversi segnali di uscita come mV/V, 4–20 mA, 0–10 V e opzioni digitali come CANopen e CAN SAE J1939.
Il ruolo degli accessori e dell’elettronica di pesatura nella scelta delle celle di carico
La scelta della cella di carico giusta non si limita al corpo di misura stesso. I componenti circostanti, sia meccanici che elettronici, sono fondamentali per ottenere le prestazioni specificate.
Dal punto di vista meccanico, WIKA sottolinea che l’installazione delle celle di carico richiede un notevole know-how e che è fortemente raccomandato l’uso di accessori adeguati. La gamma di accessori per la pesatura è ampia e comprende kit di montaggio, piedini di carico, teste girevoli, pezzi di compressione, cavi, perni a bilanciere, caricatori e molti altri componenti. Questi accessori contribuiscono a garantire una corretta trasmissione della forza, a prevenire deviazioni di forza, a fornire una protezione meccanica integrata contro i sovraccarichi, a compensare la dilatazione termica e le vibrazioni e a garantire una corretta messa a terra tramite cavi di dimensioni adeguate.
Dal punto di vista elettronico, una cella di carico diventa una soluzione di pesatura completa solo se combinata con i componenti elettronici appropriati. WIKA sottolinea che solo come sistema tutti i componenti possono offrire il massimo vantaggio, motivo per cui l’azienda offre un sistema di pesatura completo da un unico fornitore. La gamma di elettronica per pesatura comprende indicatori e display, display di grandi dimensioni e portatili, scatole di giunzione e cavi. Sono disponibili amplificatori su misura per i componenti di misura con segnali di uscita analogici e digitali, che consentono una perfetta integrazione in PLC, sistemi SCADA e altre piattaforme di controllo.
Quando si sceglie la cella di carico giusta, è quindi necessario considerare sempre l’intera catena: corpo di misura, accessori, elettronica e integrazione nel processo complessivo.
FAQ
Come faccio a sapere quale tipo di cella di carico utilizzare?
Il design meccanico della vostra applicazione è solitamente il miglior punto di partenza. Le piattaforme piatte e le bilance da banco richiedono solitamente celle di carico a punto singolo. I serbatoi e i contenitori più piccoli utilizzano spesso travi di flessione o di taglio. I silos di grandi dimensioni e i serbatoi di processo pesanti richiedono celle di carico a compressione con kit di montaggio appropriati. I contenitori sospesi e le misurazioni di tensione utilizzano tipicamente celle di carico di tipo S, mentre le strutture complesse o esistenti possono trarre vantaggio da trasduttori di forza speciali o trasduttori di deformazione. Confrontando il vostro progetto con le famiglie presentate nella panoramica della tecnologia di pesatura di WIKA, potrete restringere rapidamente il campo delle opzioni migliori.
Qual è la differenza tra una cella di carico standard e un trasduttore di forza speciale?
Le celle di carico standard seguono geometrie tipiche come quelle a punto singolo, a trave di flessione, a trave di taglio, di tipo S o a compressione. Sono adatte per un’ampia gamma di applicazioni comuni. I trasduttori di forza speciali, al contrario, sono progettati per casi complessi o non standard. WIKA utilizza questo termine per i sensori che non rientrano nelle forme tipiche, ad esempio i sensori twistlock per determinare il peso dei contenitori o i trasduttori per funi metalliche per controllare la tensione delle funi. I trasduttori di deformazione sono una forma speciale di sensori di forza che misurano la deformazione in una struttura esistente invece di inserire una nuova cella di carico, rendendoli ideali per le retrofit.
Perché gli accessori sono così importanti nella scelta di una cella di carico?
Molti errori di misurazione non derivano dalla cella di carico stessa, ma dal modo in cui è montata. Un’introduzione errata della forza, shunt di forza, disallineamenti o una protezione insufficiente dal sollevamento possono distorcere la misurazione o danneggiare il sensore. WIKA raccomanda quindi di utilizzare accessori dedicati per la pesatura. La gamma di accessori per la pesatura comprende kit di montaggio, piedini di carico, teste girevoli, pezzi di compressione, cavi e perni a bilanciere che sono abbinati alle celle di carico WIKA e contribuiscono a garantire un funzionamento sicuro e preciso.
Ho sempre bisogno dell’elettronica di pesatura WIKA con le celle di carico WIKA?
Una cella di carico necessita di un’elettronica adeguata per diventare una soluzione di pesatura completa. In linea di principio è possibile collegare una cella di carico a qualsiasi amplificatore compatibile, ma l’utilizzo di un’elettronica specificamente adattata ai sensori WIKA offre chiari vantaggi. La gamma di elettronica di pesatura comprende indicatori, display di grandi dimensioni e portatili, scatole di giunzione e amplificatori con uscite analogiche e digitali, tutti ottimizzati per funzionare con le celle di carico WIKA. Ciò semplifica la configurazione, migliora la stabilità di misura e garantisce che l’intero sistema sia supportato da un unico fornitore.
Dove posso trovare una panoramica di tutte le celle di carico WIKA?
Per una panoramica compatta, la pagina tecnologia di pesatura elenca tutte le principali famiglie di celle di carico, comprese le celle di carico a compressione, le celle di carico a punto singolo, le celle di carico di tipo S, le travi di flessione e le travi di taglio, nonché i trasduttori di forza speciali e gli accessori. Da lì è possibile navigare direttamente alle pagine dedicate alle celle di carico a punto singolo, alle celle di carico a compressione, celle di carico di tipo S, trasduttori di forza speciali e accessori per la pesatura.
Visita la nostra pagina web per conoscere tutte le celle di carico WIKA e tutti i nostri prodotti. Inoltre, per qualsiasi infomazione non esitare a contattarci. I nostri esperti saranno lieti di aiutarti per la tua applicazione specifica.