Nell’ambito dell’automazione industriale, la pesatura consiste nel calcolo della massa di un determinato prodotto, materia prima, componente o veicolo.
Parlando di sistemi di pesatura si fa spesso riferimento alle celle di carico, ovvero dei trasduttori elettronici che misurano la forza applicata su un oggetto grazie ad un segnale elettrico che varia al variare della deformazione che la forza in questione produce sul trasduttore stesso. Dunque è proprio nei sistemi di pesatura elettronici e nella misura di sforzi meccanici di compressione e trazione nei settori della logistica, dei trasporti, delle costruzioni edili, dei laboratori, della robotica, dei costruttori di bilance e dell’industria alimentare che le celle di carico trovano le applicazioni principali.

Celle di carico

Le celle di carico sono trasduttori che convertono forze di compressione, trazione, torsione, pressione o rotazione in un segnale elettrico.
Sono utilizzate per la misurazione di forze e di peso (dai microgrammi alle tonnellate). Solitamente generano in uscita un segnale analogico che viene amplificato tramite apposite schede di acquisizione.

• Caratteristiche costruttive: a punto singolo, a trazione / compressione, a sbalzo
• Applicazioni: sistemi di pesatura elettronici industriali, misure meccaniche di sforzo, pesatura di autocarri, vagoni ferroviari, navi, gru, tramogge e serbatoi, dosaggio di prodotti alimentari.
• Modelli: analogici, digitali, miniaturizzati, speciali per automotive, robotica, metrologia, aree a rischio di esplosione.

Principi di misura delle celle di carico

LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Cella di carico basata su trasduttori di spostamento induttivi. La forza applicata alla piattaforma comprime la molla e sposta l’equipaggio mobile del LVDT. Quest’ultimo fornisce un’uscita proporzionale allo spostamento e quindi alla forza. Sono adatte per le misure di precisione.

Ponte estensimetrico

La cella di carico comprende quattro estensimetri posti lungo l’anello della
cella. La forza applicata provoca un allungamento degli estensimetri R2 e R4 ed una compressione degli estensimetri R1 e R3. Questa configurazione del ponte è tale da dare la massima variazione di tensione a seguito dell’applicazione del carico, mentre lo sbilanciamento dovuto alla variazione di temperatura è minimo. Utilizzabili in misure stazionarie.

Cristallo piezoelettrico

Applicando una forza sulla superficie di un cristallo piezoelettrico si genera un accumulo di carica proporzionale alla forza stessa. Le superfici del materiale piezoelettrico si comportano come le facce di un condensatore. Le celle di carico piezoelettriche possiedono una elevata velocità di risposta, tuttavia, a causa della corrente di dispersione la tensione fornita dall’amplificatore di carica tende a diminuire. Ciò le rende adatte a misure di vibrazioni.

Moduli I/O per celle di carico

I moduli I/O SENECA per celle di carico estensimetriche (strain gauge) sono integrabili in tutti i sistemi di pesatura in forma flessibile. Oltre che misuratori di peso, forza o trazione, i moduli ‘SG’ consentono l‘acquisizione dati in modalità stand-alone o interfacciati con sistemi di terze parti. I dispositivi mettono a disposizione più metodi di taratura della cella di carico collegata direttamente da web server (modelli TCP-IP, Profinet) con o senza software dedicato, con o senza peso cam-pione, con o senza acquisizione dei parametri di fabbrica I moduli sono disponibili con i fattori di forma Z (17,5×102,5×111 mm) e R (53,3x 90×32,2 mm) a seconda delle esigenze di installazione.

La misura, effettuata in tecnica a 4 o 6 fili, è disponibile tramite protocolli di comunicazione ModBUS RTU, ModBUS TCP-IP, CANopen, Profinet IO e uscita analogica mA V (ove disponibile). I moduli SG alimentano direttamente lo strain gauge e garantiscono caratteristiche primarie di robustezza, sicurezza e precisione con isolamento galvanico fino a 1.500 Vac. La classe di precisione è dello 0,01 con sensibilità della cella di carico da 1 a 64 mV /V.

I moduli di più recente concezione godono di un’altissima precisione grazie alla presenza di un algoritmo predittivo basato su filtro di Kalman, utilizzato anche per risolvere il problema della stima delle traiettorie nell’ambito del progamma spaziale Apollo.

L’hot swapping ne permette la sostituzione senza interrompere la continuità del sistema di pesatura. Tra le funzionalità più avanzate si segnalano quelle di gestione versatile dell’applicazione (contapezzi, reset automatico tara, soglia di allarme, firmware aggiornabile automaticamente) e della misura (valore intero o floating point, stabilizzazione tramite algoritmo predittivo e filtro anti-rumore, risoluzione e frequenza di campionamento configurabili). I modelli ModBUS supportano anche la funzione Pass-Through che permette loro di deviare sulla seriale RS 485 le richieste provenienti da nodi Modbus TCP-IP e di comportarsi come gateway.

La soluzione SENECA per sistemi di pesatura comprende un sistema di equalizzazione e connessione fino a 4 celle di carico in parallelo SG-EQ4, oltre alla disponibilità di HMI OLED (S401) LED (VISUAL ) e IIoT (SSD), controllori, moduli radio e gateway per la remotazione dei segnali.

	Z-SG	ZC-SG	R-SG3	Z-SG3	ZE-SG3	ZE-SG3-P	R-SG3-P
	Modulo convertitore strain gauge con porta Micro USB frontale	Modulo convertitore strain gauge CANopen	Modulo compatto strain gauge ModBUS RTU/TCP-IP	Modulo convertitore avanzato strain gauge ModBUS RTU/	Modulo convertitore avanzato strain gauge ModBUS RTU/ModBUS TCP-IP	Modulo avanzato strain gauge Profinet IO	Modulo compatto strain gauge Profinet IO
DATI GENERALI
Alimentazione	10..40 Vdc / 19..28 Vac	10..40 Vdc / 19..28 Vac	10..40 Vdc; 19..28 Vac	10..40 Vdc / 19..28 Vac	10..40 Vdc / 19..28 Vac	10..40 Vdc / 19..28 Vac	10..40 Vdc; 19..28 Vac
Isolamento	1,5 kVac	1,5 kVac (3 vie)	1,5 kVac	1,5 kVac (5 vie)	1,5 kVac (6 vie)	1,5 kVac (6 vie)	1,5 kVac (3 vie)
Temperatura di funzionamento	-10..+65°C	-10..+65°C	-25..+65°C	-25..+70°C	-25..+70°C	-25..+70°C	-25..+65°C
Dimensioni	17,5 x 102,5 x 111 mm	17,5 x 102,5 x 111 mm	53,3 x 90 x 32,2 mm	17,5 x 102,5 x 111 mm	17,5 x 102,5 x 111 mm	17,5 x 102,5 x 111 mm	53,3 x 90 x 32,2 mm
FUNZIONI AVANZATE
Funzioni tara	Reset, Acquisizione	Reset, Acquisizione	Reset, Acquisizione, Silos	Reset, Acquisizione, Silos	Reset, Acquisizione, Silos	Reset, Acquisizione, Silos	Reset, Acquisizione, Silos
Segnalazione pesata stabile	x	x	x	x	x	x	x
Contapezzi			x	x	x	x	x
Peer-to-Peer			x	x	x	x	x
Pass-Through			x	x	x	x	x
LAN Fault-Bypass					x	x	x
IMPOSTAZIONI AVANZATE
Frequenza di campionamento	x	x	x	x	x	x	x
Soglia allarme con isteresi	x	x	x	x	x	x	x
Risoluzione	x	x	x	x	x	x	x
MISURE
ADC 24 bit	x	x	x	x	x	x	x
Classe di precisione	0,01%	0,01%	0,01%	0,01%	0,01%	0,01%	0,01%
Stabilità	0,025%/°C	0,025%/°C	0,025%/°C	0,025%/°C	0,025%/°C	0,025%/°C	0,025%/°C
Deriva termica	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C	<25 ppm/°C
Valore intero / floating point	(solo peso)	(solo peso)	x	x	x	x	x
Valore min/max peso netto	–	–	x	x	x	x	x
Filtro antirumore	x	x	x	x	x	x	x
Filtro predittivo	–	–	x	x	x	x	x
Misura ratiometrica	x	x	x	x	x	x	x
COMUNICAZIONE
Protocolli	ModBUS RTU	CANopen	ModBUS RTU, ModBUS TCP-IP	ModBUS RTU	ModBUS RTU, ModBUS TCP-IP	Profinet IO	Profinet IO
DATI DI INGRESSO / USCITA
Ingresso Analogico fino a 4 celle di carico in parallelo	Sì. 1AI	Sì. 1AI	Sì. 1AI	Sì. 1AI	Sì. 1AI	Sì. 1AI	Sì. 1AI
Uscita Analogica ritrasmessa (peso netto)	Sì, 1AO	–		Sì, 1AO	Sì, 1AO	–	–
Ingresso / Uscita Digitale (calibrazione tara o soglia di peso)	Sì. 1DI/DO	Sì. 1DI/DO	Sì. 2DI/DO	Sì. 2DI/DO	Sì. 2DI/DO	Sì. 2DI/DO	Sì. 2DI/DO