Le celle di carico a flessione sono un sistema di misura della forza peso che si basa sulla deformazione di componenti particolari realizzati tipicamente in metallo. Per un conduttore metallico viene definita una grandezza che si chiama resistenza elettrica.
La resistenza elettrica rappresenta il rapporto tra la caduta di tensione su due punti cospicui del conduttore metallico e la corrente elettrica che scorre fra questi, detti elettrodo positivo e negativo. Questo rapporto non è soltanto dipendente dalla corrente e dalla tensione ma può essere letto anche in maniera differente tramite la formula che rappresenta il fattore di forma del resistore.
Celle di Carico Resistive
In buona sostanza una resistenza la cui struttura geometrica sia nota, che viene detto resistore di riferimento può essere messo in rapporto con un altro di forma analoga che si intende come elemento deformato. La cella di carico a flessione costituisce questo resistore deformato. Per un conduttore metallico tipico il parametro di resistività si intende indipendente dalla forma geometrica mentre la resistenza dipende dal rapporto tra la lunghezza e la sezione degli elementi infinitesimi assunti per praticità in forma cilindrica, moltiplicati per la resistività e che costituiscono il conduttore. Applicando le leggi di Ohm è possibile quindi schematizzare qualsiasi conduttore di forma arbitraria come una combinazione più o meno complessa di conduttori più semplici e quindi determinare la variazione di resistenza tramite un ohmetro in corrente continua, in base alle informazioni che il conduttore nelle sue componenti infinitesimali subisce. Se le celle a compressione più tipiche sono quelle che si basano sullo schiacciamento di un conduttore di forma cilindrica più o meno massiccio, le forme disponibili in commercio sono delle più varie fra cui le così dette celle a flessione. In questo caso la compressione avviene facendo flettere la cella, che è a forma di asse o beccuccio, sempre piuttosto massiccia. La deformazione che si ha non la flessione è di tipo cuneiforme ma dal punto di vista analitico il calcolo non è molto più complesso rispetto alla forma cilindrica semplice, basta che il programma di gestione del sistema di misura possieda le informazioni necessarie per interpretare il valore che viene letto. In molti casi le celle a flessione possiedono più di un punto cospicuo per campionare i dati per effettuare poi l’analisi, se per esempio si tratta di celle a flessione di grandi dimensioni.
Montaggio Elettrotecnico delle Celle di Carico a Flessione
Questi sistemi di misura vengono in ogni caso montati, elettrotecnicamente parlando a formare dei ponti di Wheatstone che arrivano a contenere fino a 4 celle. La versione più economica monta una cella singola che deformandosi fa variare lo zero di un voltmetro digitale ad alta impedenza ma in questo caso il sistema deve essere inserito all’interno di un ambiente che sia termostatato perché lo scorrimento di corrente necessario per poter far funzionare la cella come elemento resistivo ne determina un surriscaldamento e questo incremento di temperatura può essere interpretato dal sensore di lettura come una deformazione perché influisce sul valore della resistenza. In questi casi si affianca alla cella di misura un elemento dummy che non viene sottoposto allo sforzo meccanico ma è solidale nello sforzo termico ovverosia ambedue le celle si surriscaldano alla stessa maniera e quindi la resistenza della cella supplementare subisce una variazione di resistenza elettrica legata al calore che può essere decurtata tramite un programma dalla misura. Per avere misure più accurate sia dal punto di vista termico che dinamico si montano anche celle a quattro elementi per fare in modo tale che le variazioni legate alla compressione possano essere anche di tipo differenziale che per molte misure può essere di cruciale importanza, per esempio nella stima di vibrazioni e oscillazioni in bracci sottoposti a distacco di carico come possono essere quelli delle gru, che sono particolarmente suscettibili a questo tipo di problema e spesso rischiano di uscire dalla loro zona di linearità facendo instaurare un regime oscillatorio molto pericoloso che si chiama oscillazione non lineare che può addirittura far crollare una gru apparentemente stabile. In pratica le celle di carico a flessione sono parte integrante di pianali o di bracci pesanti e deformandosi producono una stima del peso che viene sopportato dalla struttura, e nel tempo anche una stima limitata di come avvengono le variazioni di forza peso.
Campi di Applicazione
Le celle di carico a flessione vengono integrate tipicamente negli elementi di sostegno delle gru e di altre strutture aggettanti come ponti e simili, oltre che nei ripiani di carico. L’impiego di elementi di misura senza parti mobili ci svincola dalla manutenzione delle stesse e dai problemi inerenti alla contaminazione dei meccanismi, che in questo caso sono sostanzialmente inesistenti, eccezion fatta per l’unico punto debole che è quello di inserzione degli elettrodi di misura. Tuttavia si può tranquillamente considerare un sistema più comodo e con un numero minore di elementi deboli, tant’è che è sufficiente un accurato isolamento con materiali opportuni per ovviare al piccolo inconveniente, e che tali punti cospicui non costituiscono comunque elemento di fragilità strutturale. È quindi facile integrare una cella a flessione direttamente entro la struttura del sistema da misurare, per essere del tutto assicurati sulla sua affidabilità dal punto di vista della resistenza ai contaminanti. Le celle a flessione hanno un campo di misura persino elemento molto ampio, che parte da circa una cinquantina di chilogrammi per le celle più piccole e raggiunge molte tonnellate per elementi complessi e massicci, il che le rende versatili applicazioni che vanno dell’automotive fino all’industria pesante, passando direttamente attraverso l’edilizia privata e quella pubblica e stradale. Buone anche le applicazioni in campo nautico, dove le celle a flessione si impiegano per le stime di torsione degli scafi in metallo a cui vengono fissate, sempre mantenendole elettricamente isolate dalla struttura.
Dove acquistarle
Sono molte le aziende che producono celle di carico, come la Sartorius ad esempio, o che le commercializzano come la Geass. E se i modelli proposti non fossero sufficienti per le vostre esigenze, basterà cercare online “celle di pesatura” per ottenere molti altri risultati.
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