Cosa sono le celle da carico?
Per comprendere a pieno cosa siano le celle da carico è bene partire dal principio: una cella di carico è un trasduttore elettronico. Ma cosa sono i trasduttori? Il trasduttore è un dispositivo destinato a trasmettere energia da un punto a un altro, alterandone alcune delle caratteristiche che la identificano fino a trasformarne forma in un’altra tramite uno o più sistemi di trasformazione. Chiarito questo concetto, possiamo affermare che una cella da carico è ogni componente elettronico che viene impiegato nella misurazione di una forza, applicata su un componente meccanico (ma anche su un qualsiasi altro oggetto) tramite la misura di un segnale elettrico. Bisogna oltretutto ricordare che, questo segnale elettrico può variare a causa della deformazione che proprio la forza produce sul componente. Comunemente, utilizziamo celle da carico nei sistemi di pesatura elettronici (la piccola bilancia di cui ci serviamo per pesare le valige, quando dobbiamo prendere l’aereo è una degli esempi più lampanti anche a livello strutturale) e nella misurazione di compressioni e trazioni meccaniche. Lo strumento detto cella da carico, quindi, rileva la deformazione meccanica di un oggetto in maniera indiretta, leggendola in millivolt o in V, e la trasforma nella corretta unità di misura, a noi più utile e comprensibile.
Com’è fatta una cella di carico?
Componente di altissima precisione, è composto da un corpo metallico, generalmente in Acciaio inox martensitico o Alluminio indurito con una tempra perché il materiale mantenga una maggiore rigidezza (qui alcuni esempi https://www.geass.com/) . Al corpo della cella di carico sono applicati uno o più estensimetri, strumenti che leggono appunto la deformazione (la compressione o la trazione) del materiale, tramite la variazione di resistenza elettrica che tale fenomeno meccanico causa sul loro circuito elettrico. Spesso, le scale su cui si muovono queste oscillazioni, sono ad intervalli minimi, dell’ordine di pochi millivolt, e sarebbero difficilmente comprensibili dall’uomo; per amplificare l’entità del segnale, quindi, si utilizzano abitualmente quattro estensimetri collegati fra loro in una configurazione nel cosiddetto ponte di Wheatstone (dispositivo elettrico che serve a misurare il valore di una resistenza elettrica). E’ bene fare presente che, però, è possibile impostare configurazioni anche più semplici, che prevedono l’impiego di un solo, al massimo due, estensimetri. Il segnale elettrico prodotto, il differenziale elettrico, richiede un’ulteriore amplificazione per essere riscontrato, misurato e concepito come reale dall’uomo; per questo, prima sì utilizza un amplificatore da strumentazione e poi, se il caso lo richiede, lo si rielabora mediante un algoritmo per calcolare la forza applicata al trasduttore. Una misurazione precisa richiede molte minuziosa calibrazioni: le non linearità riscontrabili in un simile processo sono infinite ed infinitesimali. Fra esse, occorre stare minuziosamente attenti alla calibrazione e alla compensazione delle variazioni dovute alla temperatura.
Celle di carico: non solo elettronica
Come abbiamo accennato finora, la cella di carico è uno strumento prevalentemente elettronico declinato in molteplici varianti (miniature, a basso profilo, a bottone, con giunti di forza, industriali e multiassiali); tuttavia, ne esistono anche di altri tipi che prendono il nome dalla primaria meccanica di utilizzo. Quelle idrauliche (o idrostatiche), ad esempio, sono le celle di carico anche maggiormente sfruttate, all’aperto: la tecnologia di cui dispongono, infatti, non è soggetta a disturbi elettrici ed è estremamente affidabile e precisa, tanto che l’ idrostatica viene usata che per correggere tutti quei problemi che si potrebbero presentare con le celle di carico elettroniche. Le celle di carico a compensazione elettromagnetica, invece, sono ritenute quelle più sofisticate da un punto di vista ingegneristico e le più precise in assoluto: sono delle vere e proprie bilance, ma non usano alcun estensimetro.
Celle di carico: un mondo di misure
Abbiamo visto come l’utilizzo primario di una cella da carico sia quello inerente alla pesatura; dai microgrammi (milionesimi di grammo) alle tonnellate, grazie alle celle di carico, è possibile avere le precisione necessaria quando si maneggiano dosi infinitesimali, anche in caso di controllo e verifica qualità. Al contrario, sempre grazie alle celle di carico, si può avere a disposizione la capacità di carico indispensabile, quando devono essere pesati autocarri, vagoni ferroviari, navi, serbatoi, scale e gru. Queste celle a compressione per bilance e sistemi di pesatura professionali sono indispensabili nell’automazione dei processi produttivi nelle aziende alimentari, chimiche e farmaceutiche e vengono utilizzate spesso nelle bilance a pavimento e negli impianti di pesatura a 3 o 4 celle. Applicazioni quotidiane sono anche quelle che vedono le celle di carico impiegate nella stima di carichi su funi e nelle autofficine meccaniche, fra automobili, banchi prova e banchi di revisioni auto. Infine, grazie alla loro estrema flessibilità, le celle di carico in molte forme vengono installate anche nelle gallerie del vento, dove si necessita di strumenti precisi per misurazioni infinitamente piccole o enormemente grandi.”