Misurare all'interno di macchine eliminando gli errori dovuti alle vibrazioni

Sistemi di pesatura di precisione

Misure fino a 1 mg di precisione ottenuto in ambienti industriali

Il principio di funzionamento delle celle di carico estensimetriche resistive

Le celle di carico

Tutto quello che occorre sapere

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 di peso  sono costruiti spesso in  alluminio per esempio avional oppure, per casi speciali, si impiegano leghe di acciaio.

Come funziona una cella di carico? Il principio di trasduzione è abbastanza semplice da comprendere, quando sulla cella viene fatta gravare una massa, la cella si deforma a seguito del peso associato alla massa dipendente dalla azione della accelerazione 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 il quale viene incollato nella cella di carico dove questa subisce la maggiore deformazione.

Pertanto l’estensimetro si deforma esattamente come, si deforma la cella. Nella deformazione la resistenza elettrica si modifica perché la compressione o l’allungamento del filamento della resistenza fa cambiare 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 vanno a formare 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 con celle off-center. Questi sistemi di pesatura presentano diverse particolarità che le rendono interessanti nella misura del peso. Vediamole con ordine.

Queste bilance 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 e pertanto relativamente facili da posizionare in macchine e attrezzi. Le loro dimensioni e geometria rimangono tali anche quando il fondo scala cambia, aumentando il suo 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.

Nanolever

Video

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