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Bilance dinamiche di precisione

Bilance basate su sensori capacitivi

Le celle di carico capacitive presentano una elevata risoluzione e velocità di misura. Il dispositivo è basato su un sensore capacitivo in grado di misurare la deformazione elastica a cui è soggetta la cella quando gli viene applicata una forza.

Sistemi di misura del peso a cancellazione delle vibrazioni

Si chiama “σ low cell“ l’innovativo sistema che consente di effettuare misure molto veloci del peso tramite celle di carico estensimetriche a bordo macchina. L’innovazione è costituita dalla possibilità di eliminare gli errori dalla misura del peso dovuti alle vibrazioni che dalla macchina si trasferiscono alla cella di carico. Un condizionatore di segnale a bassissimo rumore fa delle nostre bilance uno strumento di grande precisione tale da consentire la misura del peso con una deviazione standard (σ) inferiore ad 1 mg in un tempo di 4 ms (milli secondi).

Personalizzazione dei sistemi di misura del peso

Progettazione di sistemi di pesatura personalizzati ed integrati in attrezzature.

Per Elica SpA abbiamo messo a punto la prima bilancia sul mercato che trasforma un piano cottura ad induzione in uno strumento in grado di pesare gli ingredienti delle ricette.

GLOSSARIO CELLE DI CARICO

  • TEMPERATURA AMBIENTE

    La temperatura del mezzo che circonda la cella di carico.

  • SENSIBILITÀ BAROMETRICA

    La variazione del zero bilancia dovuta a una variazione della pressione barometrica ambientale. Normalmente espresso in unità di% RO / atm.

  • PORTATA

    Il massimo carico assiale di una cella di carico progettato per misure all’interno delle sue specifiche.

  • CREEP

    Il cambiamento del segnale di carico che si verifica nel tempo mantenendo sotto carico la bilancia con tutte le condizioni ambientali e altre variabili che rimangono costanti. Normalmente espresso in unità di% del carico applicato su un intervallo di tempo specificato. È normale che la caratterizzazione sia misurata con un carico costante corrispondente al fondo scala.

  • CREEP RETURN

    La differenza del valore letto subito dopo la rimozione di un carico che era stato applicato per un intervallo di tempo specificato, le condizioni ambientali e altre variabili sono mantenute costanti durante il test. Normalmente espresso in unità di% del carico applicato su un intervallo di tempo specificato. La caratterizzazione viene effettuata usando un carico costante vicino o corrispondente al fondo scala.

  • FONDO SCALA o FS

    L’output corrispondente al massimo carico in qualsiasi test o applicazione specifica.

  • RESISTENZA DI INGRESSO

    Resistenza del circuito della cella di carico misurata ai terminali di eccitazione senza carico applicato e con i terminali di uscita aperti.

  • FONDO SCALA

    Il carico più elevato misurabile entro i limiti di funzionamento lineare della cella di carico.

  • FREQUENZA NATURALE

    La frequenza delle oscillazioni libere in assenza di carico.

  • NON LINEARITÀ

    La differenza algebrica tra il valore misurato su un carico specifico e il punto corrispondente sulla retta tracciata tra fondo scala e carico minimo. Normalmente espresso in unità di% FS. È comune che la caratterizzazione sia misurata al 40-60% di FS.

  • OUTPUT

    La differenza algebrica tra il segnale letto al carico applicato e il segnale letto al carico minimo.

  • DERIVA TERMICA

    La variazione del segnale di uscita a causa di una variazione della temperatura ambientale.

  • INTERVALLO DI COMPENSAZIONE DELLA TEMPERATURA

    L’intervallo di temperatura oltre il quale la cella di carico viene compensata per mantenere il segnale di uscita entro i limiti specificati nell’intervallo di compensazione.

  • CARICO ASSIALE

    Un carico applicato lungo l’asse primario.

  • CALIBRAZIONE

    Confronto dell’output della cella di carico rispetto ai carichi di prova standard.

  • ERRORE COMBINATO

    La deviazione massima della curva di calibrazione dalla retta tracciata tra l’output al carico minimo e a quello massimo, normalmente espressa in unità di% FS. Sono considerate sia le curve ascendenti che quelle discendenti.

  • RIPRISTINO DEL CREEP

    La variazione del del segnale di uscita che si verifica nel tempo immediatamente dopo la rimozione di un carico che era stato applicato per un intervallo di tempo specificato, le condizioni ambientali e altre variabili sono mantenute costanti durante gli intervalli di carico e scarico. Normalmente l’intervallo in cui è applicato il carico e l’intervallo di recupero sono uguali. La caratterizzazione viene effettuata usando un carico costante vicino o corrispondente al fondo scala.

  • CARICO ECCENTRICO

    Qualsiasi carico applicato parallelo ma non concentrico all’asse primario.

  • ISTERESI

    La differenza algebrica tra il valore misurato ad un dato carico discendente a partire valore del FS e il valore letto per raggiungere il fondo scala partendo da un carico minimo.

  • MASSIMO CARICO ASSIALE

    Il massimo carico assiale che può essere applicato senza produrre uno spostamento permanente delle caratteristiche di prestazione oltre a quelle specificate. Normalmente espresso in unità di% FS.

  • GAMMA DI MISURA

    La differenza tra il fondo scala (FS) e il carico minimo in uno specifico test o applicazione.

  • NESSUN CARICO

    La condizione della cella di carico quando si trova nel suo normale orientamento fisico, senza applicazione di forza applicata e senza dispositivi.

  • NON RIPETIBILITÀ

    La differenza massima tra le letture ripetute in condizioni di carico e ambientali identiche.

  • RISOLUZIONE

    corrispondente a 6,6 volte il sigma rilevato da misure statisticamente significative.

  • EFFETTO DELLA TEMPERATURA SU ZERO

    La variazione della misura quando la bilancia è a zero carico dovuta a una variazione della temperatura ambiente. Normalmente espressa come la pendenza di una corda che copre la l’intervallo della compensazione di temperatura.

Che cos’è una cella di carico

Le celle di carico sono la parte attiva di un sensore per la trasduzione di forze tra cui la misura del peso è l’impiego più comune. Ne esistono di diverse tipologie, e alcune di queste si basano su principi di misura molto diversi tra loro, per esempio: sistemi capacitivi, estensimetrici, a stato solido e a compensazione elettromagnetica.

Celle di carico estensimetriche

Questa tipologia di sensori sono spesso costruiti in alluminio – per esempio avional oppure, per casi speciali, si impiegano leghe di acciaio.

Come funzionano?

Il principio di trasduzione è abbastanza semplice da comprendere: quando viene fatta gravare una massa sul sensore, questo si deforma a seguito del peso associato alla massa dipendente dalla forza di gravità terrestre.

La deformazione viene misurata con un dispositivo che prende il nome di estensimetro. Nel caso più comune l’estensimetro è di tipo resistivo, e viene posizionato nel punto in cui il sensore subisce la maggiore deformazione.

Pertanto l’estensimetro si deforma esattamente come si deforma la cella. E nella deformazione la resistenza elettrica si modifica, perché la compressione o l’allungamento del filamento della resistenza modifica anche la resistenza che il materiale di cui è composta oppone allo scorrimento degli elettroni.

Il ponte di Wheatstone

Gli estensimetri utilizzati nei sistemi di pesatura formano un semplice circuito resistivo che prende il nome di chi perfezionò lo strumento inventato da Samuel Hunter Christie nel 1833: il ponte di Wheatstone.

Un ponte di Wheatstone è una idea particolarmente intelligente per effettuare delle misure di resistenze elettriche.

Negli estensimetri il ponte di Wheatstone viene usato per determinare la variazione della resistenza di uno o più rami del ponte.

Gli estensimetri vengono alimentati in due vertici opposti tra loro con una tensione che normalmente è scelta da 3 a 12 Volt, mentre nei due rimanenti si misura la differenza di tensione dell’ordine dei microvolts.

 

Utilizzo degli estensimetri resistivi

Nei punti di maggiore deformazione della cella vengono incollati uno o più estensimetri. Gli esperti di misure estensimetriche chiamano, in funzione del numero di estensimetri utilizzati, le configurazioni come: ponte intero, mezzo ponte o un quarto di ponte – se rispettivamente vengono usati quattro estensimetri, due, o uno soltanto.

Questi termini non devono indurre in errore perché il circuito utilizzato per la misurazione è sempre incompleto. Il ponte completo si forma tramite resistori che vengono incollati in zone in cui non si creano deformazioni – o sono presenti all’interno della strumentazione che si utilizza per il condizionamento del segnale.

La compensazione della temperatura nella misura del peso

La temperatura determina variazioni nella resistenza elettrica dei materiali conduttivi. All’aumentare della temperatura, aumenta anche la resistenza elettrica e quindi l’aumento del rumore elettronico che determina una minore precisione della misura.

Oltre ad influire sull’agitazione elettronica, la variazione della temperatura impone variazioni dei volumi dei corpi e dei liquidi.

Gli estensimetri sono sensibili alle variazioni di temperatura, per cui, se queste ultime non vengono compensate, possono causare errori di misura importanti.

Le celle di carico sul mercato sono di tipo auto-compensate in temperatura. Si tratta di sensori che utilizzano estensimetri anche loro auto-compensati, nati per equilibrare le modifiche espansive dei metalli con cui sono realizzate le celle.

Oltre all’uso di estensimetri auto-compensati, anche il collegamento ad un ponte di Wheatstone consente di controbilanciare la temperatura. Collegando due estensimetri ad un  ponte di Wheatstone, infatti, si ottiene il raddoppio del segnale. Pertanto, se si verifica una deformazione in funzione della temperatura, la deformazione appare a entrambi gli estensimetri con stesso segno, così da annullare reciprocamente gli effetti.

Celle di carico single point o off center

Le bilance più diffuse sono quelle realizzate off-center. Questi sistemi di pesatura presentano diverse particolarità che le rendono interessanti nella misura del peso. Vediamole con ordine.

Le bilance di questo tipo consentono di utilizzare un piatto per depositare la massa da pesare ovunque sia il punto in cui viene appoggiato l’oggetto. Il centro di gravità coincide con il punto di applicazione del piatto alla cella – che si trova in linea con l’asse di applicazione della forza previsto da progetto.

Sono di piccole dimensioni, pertanto abbastanza facili da posizionare in macchine e attrezzi. Le loro dimensioni e geometrie rimangono tali anche quando il fondo scala cambia – aumentando il valore. Significa che le dimensioni esterne di queste celle rimangono identiche passando da una portata da 1 Kg a, per esempio, 30 Kg. Pertano ciò che cambia è solamente lo spessore della cartella dello scavo della cella.

Il sistema di misura Sigma Low è basato su una cella off-center per la parte di misura della massa da pesare. Il peso apparente, invece, viene misurato da un sistema dedicato.