Una cella di carico è un sensore progettato per misurare una forza, generalmente un peso, trasformandola in un segnale elettrico. È un componente fondamentale in molti strumenti di misura, come bilance digitali, sistemi industriali di pesatura, dinamometri e macchine di controllo dei carichi. Il suo funzionamento si basa sulla relazione tra deformazione meccanica e variazione elettrica.
In foto un esempio di cella di carico RS PRO per Compressione 500kg, 54 x 25,4 x 76 mm che puoi trovare su https://it.rs-online.com/web/p/estensimetri/2042764
Dal punto di vista fisico, una cella di carico è costituita da un corpo metallico, solitamente in acciaio o alluminio, progettato per deformarsi in modo controllato quando viene applicata una forza. Questa deformazione è estremamente piccola, dell’ordine di pochi micrometri, ma avviene in modo elastico: quando il carico viene rimosso, il materiale ritorna alla forma originale senza subire danni permanenti.
Sulla superficie del corpo metallico sono applicati uno o più estensimetri. Gli estensimetri sono sottilissime strisce conduttive incollate al metallo, realizzate con materiali la cui resistenza elettrica cambia quando vengono stirati o compressi. Quando la cella di carico è sottoposta a una forza, il metallo si deforma e trascina con sé gli estensimetri, che subiscono la stessa deformazione.
La deformazione provoca una variazione della lunghezza e della sezione degli estensimetri, modificando la loro resistenza elettrica. Questa variazione è molto piccola, ma proporzionale alla forza applicata. Più grande è il carico, maggiore è la deformazione e quindi maggiore è la variazione di resistenza.
Per rendere misurabile questa variazione, gli estensimetri sono collegati tra loro in un circuito chiamato ponte di Wheatstone. Questo circuito permette di confrontare le variazioni di resistenza e di trasformarle in una variazione di tensione elettrica. In condizioni di riposo il ponte è bilanciato e l’uscita è prossima allo zero. Quando viene applicato un carico, il ponte si sbilancia e genera un segnale di tensione proporzionale alla forza.
Il segnale elettrico prodotto dalla cella di carico è molto debole, spesso dell’ordine dei millivolt. Per questo motivo viene inviato a un amplificatore, che ne aumenta l’intensità senza alterarne il contenuto informativo. Dopo l’amplificazione, il segnale può essere elaborato da un circuito elettronico o da un microprocessore che lo converte in un valore numerico leggibile.
La precisione di una cella di carico dipende da diversi fattori: la qualità del materiale, la disposizione degli estensimetri, la stabilità termica e la calibrazione. Le variazioni di temperatura, ad esempio, possono influenzare la resistenza degli estensimetri. Per questo motivo molte celle di carico sono progettate in modo da compensare automaticamente gli effetti termici.
Esistono diversi tipi di celle di carico, come quelle a flessione, a compressione, a trazione o a taglio, ma il principio di funzionamento rimane lo stesso. Cambia la forma del corpo metallico, studiata per deformarsi in modo prevedibile sotto il tipo di forza da misurare.
Una cella di carico funziona sfruttando la deformazione elastica di un metallo e la capacità degli estensimetri di trasformare questa deformazione in una variazione elettrica. Grazie a questo principio, forze invisibili a occhio nudo possono essere misurate con grande precisione e affidabilità.
