Cronologia dello sviluppo delle celle di carico
Prima che le celle di carico estensimetriche diventassero un metodo di pesatura comune nella pesatura industriale, venivano comunemente utilizzate bilance a leva meccaniche. Le bilance meccaniche possono pesare qualsiasi cosa, dalle pillole ai vagoni ferroviari e, se adeguatamente calibrate e mantenute, possono garantire precisione e affidabilità sufficienti. Funziona utilizzando un meccanismo di bilanciamento del peso-o rilevando la forza generata da una leva meccanica. Le prime celle di carico pre-degli estensimetri includevano sia modelli idraulici che pneumatici. Nel 1843, il fisico britannico Sir Charles Wheatstone inventò un circuito a ponte in grado di misurare la resistenza. Il circuito a ponte di Wheatstone è ideale per misurare le variazioni di resistenza negli estensimetri. Sebbene i primi estensimetri a filo resistivo siano stati sviluppati già negli anni '40, è stato solo con il boom dell'elettronica moderna che la tecnologia è diventata tecnicamente ed economicamente fattibile. Da allora, gli estensimetri sono stati ampiamente utilizzati nelle bilance meccaniche e nelle celle di carico-autonome.
Come funziona la cella di carico
La progettazione delle celle di carico può essere differenziata per il tipo di segnale di uscita generato (pneumatico, idraulico, elettrico) o per il metodo di rilevamento del peso (trave di flessione, trave di taglio, pressione, tensione, ecc.).
Una cella di carico idraulica è un dispositivo di bilanciamento della forza che misura il peso attraverso le variazioni della pressione del liquido riempito al suo interno. Nelle celle di carico idrauliche a membrana rotolante, il carico o la forza che agisce sull'accumulatore viene trasferito al pistone, che a sua volta comprime il liquido di riempimento racchiuso nella cavità elastica della membrana. Maggiore è la forza, maggiore è la pressione del fluido idraulico. Questo valore di pressione può essere indicato localmente o inviato ad altre posizioni per l'indicazione o il controllo remoto. L'uscita ha una caratteristica lineare ed è relativamente insensibile al volume e alla temperatura del liquido di riempimento. Se le celle di carico sono installate e calibrate correttamente, possono avere una precisione entro lo 0,25% del fondo scala e sono adatte per la maggior parte delle applicazioni di pesatura di processo. Poiché questo sensore non utilizza componenti elettrici, è ideale per l'uso in aree pericolose. Le tipiche applicazioni delle celle di carico idrauliche includono la pesatura di serbatoi, scatole e tramogge. Per la massima precisione, è necessario posizionare una cella di carico in ciascun punto di supporto del serbatoio e ottenere il peso totale del serbatoio sommando le uscite di questi sensori. Ulteriori informazioni sui metodi di installazione delle celle di carico
Anche le celle di carico pneumatiche utilizzano il principio del bilanciamento della forza. Questi dispositivi utilizzano più camere di smorzamento per ottenere una maggiore precisione rispetto ai dispositivi idraulici. In alcuni modelli, la prima camera di smorzamento funge da camera di tara. Le celle di carico pneumatiche vengono spesso utilizzate in settori in cui la pulizia e la sicurezza sono fondamentali e misurano pesi relativamente piccoli. L'insensibilità ai cambiamenti di temperatura e la capacità intrinseca a prova di esplosione-sono due vantaggi principali di questo tipo di cella di carico. Inoltre, anche se il diaframma si rompe, il liquido al suo interno non causerà contaminazione. Lo svantaggio è che la risposta è relativamente lenta e richiede aria condizionata o azoto puliti e asciutti.
Una cella di carico estensimetrica converte il carico che agisce su di essa in un segnale elettrico. Gli estensimetri sono fissati a travi o elementi strutturali che si deformano quando caricati. Nella maggior parte dei casi, la sensibilità e la compensazione della temperatura più elevate si ottengono utilizzando quattro estensimetri. In genere vengono utilizzati due estensimetri per misurare la tensione e gli altri due per misurare la pressione, e questi estensimetri sono collegati tra loro per la regolazione della compensazione (come mostrato nella Figura 7-2). Quando caricato, la variazione indotta dallo stress nella resistenza del misuratore è proporzionale al carico. Poiché la precisione delle celle di carico estensimetriche continua a migliorare e il costo unitario continua a diminuire, altre celle di carico si stanno gradualmente ritirando dalla scena storica.
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