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Celle di carico Single Point: Pesatura precisa con una sola cella di carico

Le celle di carico Single Point sono tra le più diffuse al mondo. A differenza di altri sensori di forza, grazie alla struttura a parallelogramma integrato, questi prodotti permettono di assorbire il carico in diversi punti, senza alterare il risultato di misurazione. In questo modo, con una sola cella di carico si rendono possibili applicazioni di pesatura estremamente precise.

Le celle di carico Single Point sono concepite per una pluralità di applicazioni e vengono impiegate principalmente dai costruttori di impianti per le industrie del settore produttivo e per il la realizzazione di bilance industriali. L’utente trae beneficio dalla semplice configurazione delle applicazioni di pesatura derivante dall’uso di una sola cella di carico. Ma a cosa si deve il successo di questo prodotto? La storia delle celle di carico Single Point ha inizio con la scoperta del ponte estensimetrico.

Ponte estensimetrico: la base di ogni cella di carico

Già nel lontano 1856 Lord Kelvin aveva intuito che la resistenza elettrica dei fili di rame e ferro aumenta esponendo questi ultimi alle forze di  trazione. Con questa osservazione ha gettato le basi per la tecnologia del ponte estensimetrico, che è poi il principio per le odierne celle di carico Single Point. Ma i padri di questa tecnologia DMS sono Edward E. Simmons e Arthur C. Ruge. Un curioso aneddoto : nel 1938, Ruge presentò la richiesta per il brevetto di un ponte estensimetrico presso il MIT dove lavorava. L’esito: Poiché il progetto fu ritenuto “poco redditizio dal punto di vista commerciale”, egli ha potuto rivendicare il brevetto e i relativi introiti. Oggigiorno, i ponti estensimetrici sono considerati in tutto il mondo come un componente indispensabile per tutto quello che ruota intorno al processo della pesatura industriale. I ponti estensimetrici rientrano tra le tecnologie più utilizzate a livello mondiale nell’ambito della pesatura industriale.

Ciò che contraddistingue le celle di carico Single Point da altre celle di carico, come quelle usate per la pesatura di precisione dei serbatoi e dei silos, è la particolare struttura a parallelogramma integrato e la relativa possibilità del carico decentrato. “Sebbene le celle di carico Single Point esistano già da decenni, ancora oggi sono parte integrante dell’industria”, afferma il Product Manager Yannick Salzmann. “Grazie alla possibilità  di pesare i carichi con precisione anche non posizionati al centro della piattaforma, le celle di carico Single Point offrono un valore aggiunto per una pluralità di impieghi in diversi settori industriali, sia per applicazioni non verificabili che per applicazioni approvate metricamente ” (W&M) , spiega Salzmann.

Carico eccentrico: come le celle di carico Single Point consentono di ottenere risultati di pesatura altamente precisi

La struttura di una cella di carico Single Point si caratterizza per la presenza di due cosiddette “barre di collegamento parallelogramma” fissate ad entrambe le estremità del corpo base. Su queste barre di collegamento , in genere, sono applicati due ponti estensimetrici. I sottili collegamenti del parallelogramma si deformano a forma di S quando viene applicata la forza: Questa struttura di collegamento a parallelogramma assicura che i carichi fuori centro siano compensati e che il carico sia sempre applicato verticalmente

In questo modo si possono realizzare piattaforme di pesatura, fino a una certa dimensione, dotate di una sola cella di carico. Prima dell’investimento, tuttavia, occorre dare risposta ad alcune domande fondamentali per individuare la giusta soluzione di pesatura.

Materiale per il corpo di base: alluminio o acciaio inox?

Per l’impiego in applicazioni diverse con diversi influssi ambientali, bisogna scegliere i materiali del corpo base più adatti. In linea di massima, sono due i materiali presi in considerazione: alluminio o acciaio inox.

L’alluminio mostra un basso “effetto creep” (Deformazione permanente se sottoposto a carico). Questo fattore In combinazione con il  basso “ invecchiamento” evidenziato alle tipiche temperature di esercizio comprese tra -20 e 65 °C, risulta particolarmente adatto come materiale per il corpo di base e offre una maggiore precisione di misura rispetto all’acciaio inox. Altri vantaggi sono la rapida compensazione dei gradienti termici, in quanto rispetto all’acciaio inox, l’alluminio ha una conduttività termica nettamente migliore ed è quindi in grado di compensare più velocemente le variazioni di temperatura, soprattutto nei punti di assottigliamento nelle barre di collegamento  del parallelogramma.

L’alluminio, invece, non è molto resistente alla corrosione da sostanze chimiche. Per questo motivo, i corpi base vengono anodizzati (predisposizione di uno strato estremamente duro, protettivo e spesso su una barra di alluminio per mezzo di un’anodizzazione) in modo da migliorarne le proprietà rispetto agli influssi ambientali. Inoltre per garantire una maggiore protezione, la zona con punti di assottigliamento viene comunque sigillata, di solito con silicone, per garantirne la resistenza alla corrosione.

Acciaio inox: più resistente non si può

Quando c’è bisogno di una protezione ancora più efficace contro la corrosione, come nell’industria chimica o farmaceutica, si sceglie l’acciaio inox come materiale per il corpo di base. La resistenza alla corrosione aumenta notevolmente con questi materiali. Se il sensore è protetto da un apposito alloggiamento come, ad esempio, nel caso di una bilancia da banco, nella maggior parte dei casi è più che sufficiente una cella di carico in alluminio. Oltre alla scelta del materiale del corpo di base, è importante che i ponti estensimetrici siano protetti per avere risultati di misura accurati. “La protezione dei ponti estensimetrici è essenziale: noi di Minebea Intec offriamo un ampio portfolio, garantendo la giusta cella di carico per ogni applicazione.”

Protezione del ponte estensimetrico: sigillatura in silicone o incapsulamento metallico

La scelta tra sigillatura in silicone o incapsulamento metallico dipende principalmente dall’ambiente nel quale la cella di carico viene impiegata. Se la cella di carico in alluminio o acciaio inox deve essere usata principalmente per applicazioni asciutte e incapsulate mediante alloggiamento o quando l’umidità dell’aria non è così influente, è sufficiente una sigillatura in silicone.

Il silicone, tuttavia, ha lo svantaggio di essere permeabile al vapore acqueo. La maggior parte delle pellicole di rivestimento (ad esempio quelle in resina acrilica, resina epossidica, resina fenolica, poliammide) è igroscopica, così come lo è qualche adesivo utilizzato. La pellicola di rivestimento si gonfia quando assorbe acqua determinando una dilatazione con conseguente errore di misurazione.

Una possibilità per ovviare a questo problema consiste nell’incapsulamento metallico del ponte estensimetrico. Lo si può realizzare nella zona delle barre guida del parallelogramma oppure con l’integrazione di un corpo deformabile. Le celle in acciaio inox incapsulate sono quindi adatte per ambienti con condizioni difficili, dove è richiesto un grado di protezione fino a IP69 e si è esposti all’azione di agenti aggressivi. La lamina del ponte estensimetrico è interamente incapsulata e questo esclude qualsiasi influsso dell’umidità dell’aria sul risultato di misurazione. I cavi di collegamento sono collegati per lo più mediante un passante in vetro, in modo da soddisfare i requisiti di tenuta ermetica.

Ambiti di applicazione delle celle di carico Single Point

Le celle di carico Single Point possono essere utilizzate in tanti strumenti diversi. Gli ambiti di applicazione più frequenti sono le selezionatrici ponderali dinamiche o statiche utilizzate, ad esempio, nell’industria alimentare per classiche operazioni di verifica del peso.

Le celle di carico Single Point costituiscono la base per le piattaforme di pesatura di qualsiasi tipo, dalle bilance da banco più piccole a quelle da pavimento con dimensioni fino a 800 x 800 mm. Sono composte da una piastra di fondo sulla quale è avvitata un lato della cella di carico e da un piatto di carico con sul quale è fissato il secondo lato della cella Single Point. Per comodità, la cella di carico occupa la posizione centrale e l’ideale sarebbe che il centro del piatto di carico venisse posizionato nel mezzo della cella di carico in modo che le coppie generate siano simmetriche. Collegate al dispositivo elettronico di pesatura adatta, le piattaforme di pesatura offrono anche risultati estremamente precisi per i processi di pesatura manuali e automatici.

A differenza delle bilance appena descritte, una selezionatrice ponderale dinamica, detta anche checkweigher o selezionatrice ponderale in linea, non ha un piatto di carico, ma un nastro trasportatore. Durante il trasporto, il prodotto viene pesato lungo il nastro. Nella produzione ad esempio, serve a monitorare, smistare (classificare) o addirittura condizionare (per quanto riguarda il peso) i prodotti in base ai criteri di peso attraverso regolazioni correttive (regolatore di tendenza) delle riempitrici. Tra l’altro, le selezionatrici ponderali dinamiche sono impiegate anche nel controllo dei prodotti, per verificare che questi siano conformi alle direttive di legge, nella stesura di report di produzione ed eventualmente anche nell’espulsione di prodotti dal peso con conforme. La cella di carico rileva i valori di peso con una frequenza di misurazione elevata e acquisisce i valori del prodotto poco prima che questa venga trasferito al nastro trasportatore in uscita

Versatili: celle di carico Single Point in uso

Inoltre, le celle di carico Single Point si trovano in ogni applicazione di pesatura industriale poiché le si possono facilmente integrare. Due macchine utilizzate soprattutto nell’industria alimentare e nell’industria delle materie plastiche sono le riempitrici rotative e i nastri trasportatori: In una riempitrice a peso, l’operazione di riempimento avviene direttamente nell’imballaggio. Cioè il dosaggio avviene durante il confezionamento finale. L’imballo viene quindi sistemato su una piattaforma di pesatura collegata con una cella di carico. Molte di queste piattaforme sono disposte a formare un anello e ruotano intorno al centro dello stesso. Una volta riempito, l’imballo viene trasportato altrove oppure posto su un nastro trasportatore simile a quello di una selezionatrice ponderal. È anche possibile che le celle di carico siano disposte a forma di cerchio e in fase di riempimento ruotino insieme alle “teste” di riempimento assegnate di volta in volta a una cella di carico. In questo caso, all’interno di un segmento del cerchio, gli imballaggi vuoti vengono disposti sotto la rispettiva testa di riempimento, la testa viene riempita sopra un segmento del cerchio e poi, ad esempio dopo una rotazione di 270°, il contenuto della testa viene versato nell'imballo (ad esempio attraverso l’apertura di sportelli), in modo che, alla fine, l’imballaggio riempito venga trasportato all’esterno dal cerchio.

Al posto di un nastro trasportatore, le bilance a nastro sono dotate di uno o più rulli non azionati montati su una cella di carico e installati sotto un nastro trasportatore. I prodotti, per lo più merce sfusa, vengono trasportati lungo questo nastro che consente di misurare il flusso senza interruzioni.

Oltre a queste due applicazioni, ci sono numerose altre realtà applicative come ad esempio pesatrici multitesta, bilance con dosaggio differenziale o pesatura “in process”, a dimostrazione della versatilità delle celle di carico Single Point. “Le celle di carico Single Point sono dei tuttofare ideali: nel nostro portfolio, sono incluse tutte le capacità massime comprese tra 300 grammi e 750 chilogrammi. Tutte le celle di carico sono disponibili nelle con classe di protezione meccanica compresa tra IP65 e IP69, quindi adatte anche all’uso in condizioni ambientali severe. Lavoriamo costantemente per ampliare il nostro portfolio e far sì che anche le celle di carico Single Point siano all’altezza del nostro motto 'The true measure'.” Il Product Manager Salzmann guarda al futuro.

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