Celle di carico, moduli di pesatura, sensori di carico

Che cosa sono le celle di carico e come funzionano?
Il principio essenziale della tecnologia delle celle di carico consiste nella conversione di un carico, ossia di una forza applicata a qualsiasi massa nel campo gravitazionale terrestre, in un segnale elettrico. La maggior parte delle celle di carico contiene un estensimetro che converte la deformazione meccanica in una variazione di resistenza elettrica. Continuate a leggere per scoprire di più sui sensori delle celle di carico. La massa applica un carico dovuto al campo gravitazionale e il carico genera una pressione sul corpo della cella che porta a una deformazione o tensione. La deformazione del sensore della cella di carico viene convertita in una variazione di resistenza e quindi in una tensione di uscita. Il segnale di uscita è proporzionale alla massa applicata.

Le celle di carico per bilance, chiamate anche sensori della cella di carico, sono usate in moltissimi settori in cui è richiesta l'accuratezza delle misurazioni. Questi sensori determinano in modo accurato il peso di serbatoi, cisterne, tramogge o nastri trasportatori. Le celle di carico sono realizzate per sopportare le condizioni difficili che caratterizzano le applicazioni industriali più impegnative. La portata può variare sensibilmente. Alcune celle di carico sono più adatte alle applicazioni di laboratorio, mentre altre sono indicate per grandi lotti o nella logistica.

Tutte, comunque, dovrebbero essere dotate di certificazioni e soddisfare gli standard internazionali. Esistono celle di carico elettroniche, celle di carico analogiche e celle di carico idrauliche che vi consentono di trasformare una vostra struttura esistente in una bilancia. Le celle di carico vengono utilizzate in bilance a pavimento, bilance a nastro, sistemi di pesatura, pesapallet, bilance per controllo peso e bilance per nastri trasportatori. La tecnologia della cella di carico di METTLER TOLEDO offre anche soluzioni robuste per ambienti difficili. In genere, queste sono usate nei sistemi di pesatura per serbatoi, cisterne, silos e autocarri.

Come si progettano le celle di carico?
Le celle di carico si distinguono innanzitutto per la forma. Le celle di carico single point sono adatte nel caso di carichi ridotti o di medie dimensioni. Le celle di carico strain gauge sono impiegate nelle bilance a pavimento e nei sistemi di pesatura per serbatoi di media grandezza. Le celle di carico a cilindro sono usate nel caso di carichi gravosi. Un altro criterio per distinguere i tipi di celle di carico e gli usi è l'uscita fornita. Le celle di carico analogiche necessitano di un terminale esterno per l'amplificazione e la conversione A/D, mentre l'intelligenza integrata nelle celle di carico digitali e nelle celle di carico elettroniche offre il vantaggio di una maggiore accuratezza e una maggiore stabilità nel trasferimento dei dati, oltre alla possibilità di monitorare le condizioni della cella di carico ai fini della manutenzione. I prezzi delle celle di carico variano a seconda delle prestazioni richieste. Da METTLER TOLEDO potete acquistare celle di carico di ogni tipo, struttura e prezzo.

Quanto sono accurate le celle di carico?
Quando si parla di celle di carico, molto spesso si fa confusione tra accuratezza e risoluzione. La risoluzione indica il numero di cifre visualizzate; tuttavia, più cifre non significano per forza una maggiore accuratezza. L'accuratezza descrive la veridicità dei risultati di pesatura (calcolo accuratezza della cella di carico e calcolo portata della cella di carico). Le celle di carico delle bilance legali per il commercio limitano la risoluzione per evitare l'interpretazione dei risultati. Ecco perché il miglior riferimento per l'accuratezza è rappresentato dalle omologazioni per il commercio. I sensori delle celle di carico di solito offrono un grado di accuratezza compreso tra 1/3.000d e 1/10.000d (riportato anche nelle specifiche della cella di carico). Le celle di carico a compensazione elettromagnetica possono raggiungere e persino superare un livello di accuratezza pari a 1/200.000. L'accuratezza può essere da 5 a 10 volte maggiore in condizioni ideali, a temperatura e umidità controllate.
Tuttavia, calcolare l'effettiva accuratezza di una bilancia a celle di carico può essere un'operazione complessa. È, infatti, necessario prendere in considerazione molti fattori, quali temperatura, tempo, risoluzione e così via. È consigliabile rivolgersi ai produttori di celle di carico per avere indicazioni. Lo strumento di selezione dei componenti di pesatura è uno strumento professionale per eseguire questi calcoli.

Come si guastano le celle di carico?
I guasti alle celle di carico possono dipendere da molte cause. Le più comuni sono associate alle scatole di giunzione nei sistemi con celle di carico analogiche. Se un sistema di questo tipo si guasta, la risoluzione del problema può essere laboriosa perché è necessario verificare ogni cavo delle celle di carico, ogni cella di carico, nonché la scatola di giunzione per celle di carico. Le celle di carico digitali eliminano questa e altre cause di guasti ed errori fornendo dati diagnostici. Elaborando i dati è possibile essere certi che il sistema torni in funzione rapidamente; inoltre, in caso di guasto il sistema segnala quale cella di carico non stia funzionando correttamente.

Come si misurano le celle di carico?
Le celle di carico sono impiegate per determinare il peso di qualsiasi materiale (usando, ad esempio, una cella di carico da 50 kg, una cella di carico da 10 tonnellate, una cella di carico 50t, una cella di carico 100t o con qualsiasi altra portata). La quantità determinabile va dai pochi microgrammi dei sensori delle celle di carico fino a diverse centinaia di tonnellate delle celle di carico a portata elevata. Le portate più ridotte sono necessarie nel settore farmaceutico, dove anche le frazioni di grammo possono essere determinanti. Le celle di carico di medie dimensioni, in genere, sono impiegate nei processi di produzione e commercializzazione delle merci (ad esempio, cella di carico da 5 tonnellate). Le portate maggiori, infine, sono usate per l'accumulo e la conservazione.

Come si esegue la connessione alle celle di carico?
Le celle di carico determinano sia il carico statico che il carico netto delle bilance, cosa che deve essere tenuta a mente quando si calcola la portata della bilancia a celle di carico. Anche la posizione dei materiali sulla bilancia è rilevante. Non è consigliabile usare celle di carico più grandi del necessario perché così facendo si comprometterebbe l'accuratezza delle letture. Per i sistemi di pesatura in cui i materiali sono tendenzialmente centrati, come avviene nella maggior parte delle applicazioni con serbatoi, silos e cisterne, la formula è:
C >= sf*(TDL+SC)/N (es. bilance per serbatoi)

Per le bilance con quattro celle di carico in cui è probabile che i materiali siano in posizione eccentrica, come nel caso di bilance a pavimento, piccole pese a ponte e bilance per nastri trasportatori, la formula è:
C >= sf*(TDL/4 + SC/2)  (es. bilance a pavimento, piccole bilance per autocarri, nastri trasportatori)

C = LC o portata del modulo di pesatura
TDL = carico statico totale
SC = portata della bilancia
sf = fattore di sicurezza (in genere 1,25)
N = numero delle celle di carico e dei moduli di pesatura

Per informazioni su sistemi più complessi è consigliabile rivolgersi a un consulente esperto.
Maggiori dettagli sono disponibili nel manuale tecnico sui sistemi con moduli di pesatura che affronta gli aspetti ingegneristici.

Come si installano le celle di carico?
Un problema frequente nell'uso delle celle di carico è la scelta errata delle misure di protezione. Le celle di carico sono molto sensibili all'umidità e ai lavaggi intensivi periodici. Anche se viene dichiarato un IP elevato, la protezione potrebbe non essere idonea per il calore umido. In caso di umidità elevata e improvvise variazioni di temperatura (ambiente freddo, lavaggio intensivo ad alte temperature), è consigliabile scegliere sempre celle di carico in acciaio inossidabile a tenuta ermetica. Quindi, nel valutare il prezzo delle celle di carico è necessario tenere conto di diversi parametri.

I costi per le tarature sono spesso sottostimati. Se il vostro sistema di qualità richiede la taratura periodica degli strumenti di pesatura, chiedete consiglio sul metodo più efficiente rivolgendovi a METTLER TOLEDO. Per l'ISO 9001, il metodo deve comprendere attrezzature di taratura indipendenti, tracciabili e conformi agli standard internazionali. In ogni caso, non si può mai presumere che la taratura rimanga costante e che la bilancia a celle di carico non necessiti di alcun intervento di ritaratura.  Un metodo efficiente per tarare i sistemi di pesatura per serbatoi di grandi dimensioni è RapidCal™.

Spesso si sottostima l'impatto sull'accuratezza dovuto all'installazione delle bilance a celle di carico. È sempre raccomandato l'uso di cavi schermati perché la tensione del segnale delle celle di carico è molto bassa ed è facile che si verifichino interferenze. È importante che i cavi siano i più corti possibile perché la resistività del rame varia con la temperatura ed è essenziale minimizzare la resistenza offerta dai cavi.
Molto spesso, l'integrazione delle celle di carico è macchinosa e richiede specifiche competenze per un'adeguata progettazione. I moduli di pesatura sono integrati e assicurano sicurezza e condizioni di carico ideali per la cella. Scoprite i dettagli su come selezionare i moduli di pesatura e individuare le giuste celle di carico per uso commerciale. 

Che differenza esiste tra cella di carico ed estensimetro?
Gli estensimetri, o strain gauge, sono componenti delle celle di carico. Le celle di carico esercitano una forza opposta e convertono il carico in deformazione. La deformazione è acquisita dal sensore della cella di carico, la cui resistenza è convertita in una grandezza elettrica che può essere determinata e riferita come risultato di pesatura. Il principio è lo stesso che si tratti di una cella di carico da 10 o da 100 tonnellate.

Qual è la funzione delle celle di carico?
Sfortunatamente le celle di carico misurano la forza, non la massa, come sarebbe ideale. Ciò significa che qualsiasi altra forza verticale impressa avrà un impatto diretto sull'accuratezza della bilancia a celle di carico. Ne sono un esempio i carichi meccanici delle tubazioni sui serbatoi, il contatto a terra dovuto al deposito di detriti, il contatto tra cavi nelle celle di carico e nei sistemi a portata ridotta, le vibrazioni e così via. Per evitare questo tipo di problemi e individuare la cella di carico per uso commerciale più adatta alle vostre esigenze, ricorrete alla consulenza di un esperto.

Cosa si intende per sensibilità delle celle di carico?
La sensibilità della bilancia a celle di carico è spesso un fattore critico. L'accuratezza di un processo di riempimento migliora all'aumentare della frequenza di aggiornamento. Lo stesso è vero per i sistemi di dosaggio, dove la possibilità di correzione della ricetta diventa più ripetibile all'aumentare della sensibilità di misurazione della cella di carico per bilance. La sensibilità richiede un piccolo investimento, ma può fare una differenza enorme.

Che uscita hanno le celle di carico? Come si calcola l'uscita delle celle di carico?
La maggior parte delle celle di carico dispone di un'uscita analogica da 2-3 mV/V. Trattandosi di strumenti passivi, per l'eccitazione necessitano di una sorgente di alimentazione esterna. Il segnale in uscita varia in funzione della corrente di eccitazione e del carico relativo. È quindi fondamentale disporre di una sorgente di alimentazione molto stabile, che elimini gli effetti causati dalla sorgente stessa. Una cella di carico da 2 mV/V avrà un segnale di uscita di appena 20 mV a piena portata quando è alimentata a 10 V. I terminali moderni (lettori di celle di carico) consentono di assicurare sia la stabilità della sorgente di alimentazione, sia un'accurata amplificazione del segnale di uscita per la conversione digitale dei risultati. Per assicurare la qualità del segnale è importante che il cablaggio delle celle di carico sia eseguito correttamente.

Cosa si intende per tensione di eccitazione?
Le celle di carico sono strumenti passivi che necessitano di una sorgente di alimentazione esterna. La tensione elettrica può variare a seconda del carico di corrente generando errori. Per eliminare gli errori causati dalla sorgente di alimentazione è quindi fondamentale che questa sia molto stabile. I terminali moderni consentono di assicurare sia la stabilità della sorgente di alimentazione, sia l'accuratezza nell'amplificazione del debole segnale in uscita per la conversione digitale dei risultati.

Che cosa si intende per cella di carico idraulica?
Le celle di carico idrauliche impiegano il principio della variazione di pressione di un fluido in ambiente chiuso. La variazione di pressione è determinata da un trasduttore di pressione. Queste celle non sono molto accurate e sono meno diffuse di un tempo. Quando gli strumenti elettronici erano meno accurati di quanto non siano oggi, infatti, offrivano il vantaggio di essere molto robuste.

Le celle di carico sono lineari?
In genere, le celle di carico presentano una linearità elevata, pari allo 0,03% o persino migliore. Oggi le bilance sono tarate quasi sempre solo rispetto allo zero e a un valore massimo di regolazione di scala; è considerato lineare l'intervallo tra i due valori.

Quante celle di carico servono? Per un serbatoio a tre o quattro gambe, possono essere sufficienti una o due celle di carico?
L'impiego di un numero di celle di carico inferiore al numero delle gambe del serbatoio è possibile nei sistemi per il controllo di livello dei liquidi. L'importante è essere sicuri che il centro di massa del sistema non si sposti lateralmente con il carico compromettendo l'accuratezza. Non è consigliabile nel caso di materiali alla rinfusa.

Le celle di carico analogiche possono funzionare con le termoresistenze PT1000 o PT100?
Diversamente dalle sonde passive di temperatura, come le PT1000 o le PT100, le celle di carico analogiche hanno un segnale in mV/V che rende necessario l'uso di appositi strumenti elettronici.

Come si tarano le celle di carico?
Le celle di carico devono essere tarate  nel luogo in cui saranno usate. La taratura in loco, infatti, è necessaria principalmente perché la forza di gravità cambia da località a località. Se non la si esegue, è possibile che una cella di carico prodotta in un certo luogo generi errori quando viene usata in luogo diverso. La taratura in loco è importante anche per un altro motivo, ossia per via del costante deterioramento cui sono soggetti tutti gli strumenti. I sistemi di pesatura dovrebbero essere tarati ogni uno o due anni, in base a quanto è importante l'accuratezza per il processo in questione.

Che cosa si intende per cella di carico digitale? Come funzionano le celle di carico digitali?
Le celle di carico digitali POWERCELL® nei moduli di pesatura PowerMount™ sono dotate di processore incorporato che consente di monitorare le condizioni ed eseguire regolazioni in base alle variazioni ambientali. Le celle di carico digitali POWERCELL® assicurano pesature accurate a prescindere dagli effetti di vibrazioni e temperatura, aiutando i produttori di macchinari e attrezzature a ottimizzare il valore di uscita per i loro clienti.

Che cosa sono le celle di carico per le attrezzature di pesatura?
Le celle di carico per le attrezzature di pesatura sono usate in moltissimi settori in cui è necessaria l'accuratezza delle misurazioni. Queste celle di carico determinano in modo accurato il peso di serbatoi, cisterne, tramogge o nastri trasportatori. La tecnologia delle celle di carico è realizzata per sopportare le condizioni difficili che caratterizzano le applicazioni industriali più impegnative. La portata delle celle di carico per le attrezzature di pesatura può variare sensibilmente. Alcune celle di carico sono più adatte alle applicazioni di laboratorio, mentre altre sono indicate per grandi lotti o nella logistica.

Tutte, comunque, dovrebbero essere dotate di certificazioni e soddisfare gli standard internazionali. Sono incluse nella gamma anche le celle di carico al taglio a terminazione singola, che consentono di trasformare in sistemi di pesatura le strutture esistenti. Le celle di carico al taglio vengono utilizzate in più unità con bilance a pavimento, bilance a nastro, sistemi di pesatura, pesapallet, bilance per controllo peso e bilance per nastri trasportatori. Anche la tecnologia delle celle di carico cilindriche/a compressione consente la realizzazione di soluzioni robuste per ambienti difficili. In genere, queste sono usate nei sistemi di pesatura per serbatoi, cisterne, silos e autocarri.