Ecco cosa impariamo in questa lezione:
La misurazione del peso e del livello nell’automazione industriale.
Com’è fatta una cella di carico.
I differenti tipi di celle di carico.
Celle di carico pneumatiche.
Celle di carico idrauliche.
Celle di carico con estensimetro.
Celle di carico capacitive.
Utilizzo delle celle di carico nell’industria.
Collegamento delle celle di carico ai PLC.
La misurazione del peso e del livello nell’automazione industriale.
Tra le apparecchiature da campo che possiamo impiegare nei sistemi d’automazione con PLC o senza, le celle di carico e i misuratori di livello sono gli oggetti più utili per quantificare la presenza di solidi e liquidi all’interno dei serbatoi e per pesare i prodotti. In particolare, le celle di carico svolgono un ruolo fondamentale quando dobbiamo misurare il peso, non necessariamente portando il prodotto a contatto con la strumentazione.
In un certo senso anche nelle nostre case utilizziamo delle celle di carico, per esempio nelle moderne bilance pesa persona, naturalmente le celle di cui parliamo in questa lezione sono per uso industriale e hanno quindi caratteristiche molto diverse dalle piccole celle presenti nelle bilance domestiche.
Com’è fatta una cella di carico.
La cella di carico è composta da un elemento che quando viene sottoposto a una forza genera un piccolo segnale elettrico. Questo segnale elettrico viene trasformato da un trasduttore in un segnale accettabile dai moduli analogici dei PLC e altra strumentazione.
Il segnale prodotto dalla cella di carico è direttamente proporzionale al peso misurato e quindi alla forza applicata al sensore.
Ci sono oggi celle di carico con forme molto diverse tra loro, ed esse si adattano a ogni tipo di montaggio; nella figura che segue vediamo celle di carico a “S”, a bottone, a trave (Beam) e a taglio (Shear).
I differenti tipi di celle di carico.
Dal punto di vista del principio di funzionamento, le celle di carico si dividono in sensori pneumatici, sensori idraulici, sensori capacitivi e estensimetri.
Nei prossimi paragrafi conosciamo meglio ognuna di queste tipologie di apparecchio.
Celle di carico pneumatiche.
Le celle di carico pneumatiche lavorano con il gas che si comprime. Questo modello utilizza una diaframma elastico collegato alla superficie dove il peso viene applicato.
Al sistema viene collegato un regolatore di aria che compensa la compressione del gas quando il peso è aggiunto sulla cella, e la misurazione avviene proprio misurando quanto gas è necessario per compensare la compressione dovuta al carico.
Celle di carico idrauliche.
Le celle idrauliche non utilizzano gas ma un liquido, di solito olio oppure acqua. Anche questo tipo di celle è composto da un diaframma elastico che va a comprimere il fluido quando vi si applica il carico (peso).
La misurazione viene effettuata attraverso il manometro idraulico, per esempio a tubo di Bourdon, e il segnale elettrico si può ottenere da un sensore di pressione.
Celle di carico con estensimetro.
Questo è il tipo di celle di carico più comune, e consiste in una parte metallica che quando viene deformata o stirata cambia la sua resistenza.
Includendo questa resistenza in un circuito elettrico si è in grado di misurare il peso, dato che questo sarà proporzionale alla resistenza offerta dall’estensimetro.
Uno degli utilizzi delle celle di carico con estensimeto è in configurazione con un ponte di Wheatstone.
Celle di carico capacitive.
L’ultimo tipo di celle di carico che conosciamo oggi sono quelle capacitive. Questi elementi sono in grado di misurare il peso per mezzo della misurazione della corrente attraverso due lamelle. La distanza delle due lame cambia quando il carico viene applicato, e con essa la loro capacità (come nei condensatori).
Utilizzo delle celle di carico nell’industria.
Dove vengono impiegate le celle di carico? Per esempio negli ascensori per misurare il peso delle persone, ma anche nelle casse del supermercato per pesare la frutta e la verdura.
In ambito industriale, le celle di carico sono impiegate per misurare il peso di serbatoi e del loro contenuto (funzionano indipendentemente dal tipo di prodotto).
Le celle di carico sono utilizzate per misurare il peso dei sacchi contenenti le polveri o i liquidi, e in tutte le applicazioni dove è necessario misurare una massa.
Naturalmente a seconda dell’applicazione, si sceglierà il tipo di cella di carico più adatto, tenendo conto delle necessità in termini di precisione e accuratezza della misura, di robustezza costruttiva, e naturalmente del costo.
Collegamento delle celle di carico ai PLC.
Solitamente nelle applicazioni possiamo installare una o più celle di carico, queste vengono collegate a una cassetta di giunzione, e il segnale trasferito a un circuito elettronico che trasforma i deboli segnali “mV” millivolt delle celle in segnali standard 0-10V oppure 4-20 mA, tanto per citarne alcuni.
Il segnale elaborato viene portato sui moduli di ingresso analogici dei PLC o all’ingresso di altri apparecchi come display e regolatori.
