Come funziona la Cella di carico? Legge di Hooke - Estensimetro

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Molte persone utilizzano la bilancia per tanti motivi: monitorare il proprio peso la mattina, dosare le pietanze per preparare un pasto, conoscere il peso di un carico da trasportare. Ma non molti sanno che per svolgere questa semplice operazione stanno utilizzando delle CELLE DI CARICO!
In passato per conoscere il peso degli oggetti si utilizzavano le vecchie bilance con l’aiuto di alcuni pesi, ma oggi abbiamo degli strumenti che misurano automaticamente il peso.
Per definizione la cella di carico è un componente elettrico, nello specifico un trasduttore, che misura la deformazione di un corpo rigido al quale è stata applicata una determinata forza. C’è da specificare che una cella di carico non misura la massa dell’oggetto, espressa in kg, ma misura la forza con la quale l’oggetto in questione deforma la cella di carico stessa. Le celle lavorano sulla base della legge di Hooke, la quale enuncia che un corpo elastico subisce una deformazione direttamente proporzionale allo sforzo a esso applicato, in parole semplice determina il comportamento dei materiali elastici.
Esistono 4 tipi di celle di carico:
Pneumatiche
Idrauliche
Estensimetriche
Capacitive
Le celle di carico pneumatiche, come suggerisce il nome, usa la pressione dell’aria per il suo funzionamento; è costituita da un diaframma elastico sul quale poggia la base di appoggio per l’oggetto da pesare. Un regolatore d’aria che gestisce la quantità di gas da immettere, e dall’altra parte troviamo un manometro. Quando appoggiamo l’oggetto sulla piattaforma questo deformerà il diaframma comprimendo l’aria all’interno della cella, il manometro misurerà il cambio di pressione e tramite un impulso elettrico inviato ad un pannello di controllo lo convertirà in chilogrammi.
La cella idraulica utilizza un fluido, che sia acqua o olio, per la misurazione. Il principio è simile a quello delle celle pneumatiche ma al posto dell’aria utilizza un liquido pressurizzato. All’interno della cella c’è un diaframma elastico, un pistone, al suo interno un liquido, una base di appoggio e un manometro a molla tubolare. Quando vieni appoggiato l’oggetto il pistone comprime il liquido al suo interno, che a sua volta deforma il diaframma con la pressione esercitata. La pressione viene rilevata dal manometro che può inviare un segnale elettrico con l’ausilio di un sensore di pressione.
Le prossime celle sono quelle estensimetriche, la tipologia più utilizzata in ambito industriale. Questa cella di carico semplicemente è un trasduttore che cambia la sua resistenza elettrica quando è sottoposto a deformazione. La resistenza elettrica è proporzionale alla deformazione esercitata sulla cella, ottenendo una misurazione accurata, ovviamente la resistenza elettrica può essere convertita in forza e quindi in peso. La cella di carico estensimetrica è composta da 4 estensimetri; l’estensimetro è uno strumento di misura che rileva piccole deformazioni di un corpo sottoposto a sollecitazione meccaniche. Gli estensimetri all’interno della cella sono in configurazione a ponte “Wheatstone”, questa configurazione prevede 4 estensimetri collegati tra loro a forma di rombo, ed è capace di ottenere misurazioni molto accurate con valori compresi tra 10 e 100k ohm. Gli estensimetri sono incollati su una struttura che si deforma quando viene applicato un peso; la struttura presenta delle cavità per accentuare la deformazione.

L’ultimo tipo di cella è quella capacitiva. Le celle capacitive funzionano sulla capacità di un sistema di immagazzinare una carica elettrica; è composta da due piastre piatte parallele alle quale viene applicata una corrente, che viene immagazzinata tra le due piastre, più sono distanti maggiore sarà la capacità di immagazzinamento. Quando viene appoggiato un carico lo spazio tra le piastre diminuisce e di conseguenza anche la carica, questo cambiamento può essere misurato in volt e trasformarlo in kg.
Abbiamo parlato delle varie tipologie ora vediamo insieme qualche esempio di applicazione.
Il primo esempio possiamo farlo in una filiera di produzione del sale. Un serbatoio lascia cadere il sale su un nastro trasportatore, questo viene pesato con l’aiuto di una cella di carico posta sotto il nastro; quando viene raggiunto il giusto peso la tramoggia si ferma, il nastro porta il sale verso l’imbuto che fa cadere il sale nel sacco posizionato in precedenza.
La cella di carico si può utilizzare anche per lo stampaggio di pannelli in metallo.