Célula de carga é um sensor eletromecânico utilizado para medição da força ou peso através de um princípio bem conhecido que, embora simples, é eficiente.
Essa medição se dá através da transformação da deformação do corpo da célula de carga, devido a força aplicada, num sinal elétrico.
Como resultado, esses dispositivos versáteis proporcionam um excelente desempenho e possuem grande variação de aplicações.
Mas, quantos tipos diferentes de célula de carga existem? Como funcionam e quais os benefícios que trazem para a indústria?
Confira tudo neste artigo.
Como funcionam células de carga?
As células de carga (load cell) consistem em 2 partes:
- um corpo metálico principal;
- um circuito elétrico de extensômetros elétricos (strain gauges) incorporado.
É o corpo principal quem suporta o peso ou força e existe em vários formatos e capacidades.
É comum que ele seja feito de alumínio de alta qualidade ou de aço. Seja como for, possui alta confiabilidade mecânica, além de uma distribuição da deformação de maneira uniforme e previsível.
Ao usar células de carga, uma das extremidades fica presa a uma base ou estrutura. Ao mesmo tempo, a outra se mantém livre para fixar o peso.
Quando uma força é aplicada ao corpo da célula, ela sofre uma deformação muito pequena, e como os strain gages estão firmemente colados ao material eles se deformam (se estendem ou contraem, daí o nome extensômetro elétrico) na mesma proporção do metal provocando uma pequena variação na sua resistência elétrica.
Consequentemente, a resistência elétrica é proporcional ao alongamento dos strain gauges, que estão interligados formando um circuito em ponte de Wheatstone, que amplifica o sinal elétrico permitindo sua fácil leitura.
A ponte de Wheatstone é formada por 4 resistores (strain gauges) alimentadas em 2 pontos opostos por uma fonte de tensão de precisão. Nos 2 outros pontos medimos a diferença de potencial (tensão) provocada pela variação das resistências, que desequilibram a ponte, pois se as 4 resistências fossem iguais não haveriam diferenças a medir. Este circuito é muito sensível e excelente para medir as pequenas variações de resistência nos strain gauges.
O sinal (sensibilidade) das células de carga é especificado em mV/V, ou seja, o sinal em mV que a célula fornece para cada Volt de alimentação na sua capacidade nominal.
Exemplo: Uma célula de 2mV/V fornece uma saída máxima de 20mV se alimentada com 10V, independente da sua capacidade. Então se a leitura for de 10mV sabemos que ela está com metade da sua carga.
As células de carga funcionam nas duas direções: tração e compressão com um sinal de saída positivo ou negativo, mas normalmente são utilizadas em uma única direção por razões mecânicas. Outro ponto importante é que as células são projetadas para medir esforços alinhados com sua linha de centro ou seja esforços laterais (flexão e torção) provocam erros de medição e podem até danificá-las.
Um dos mais importantes aspectos da construção de células de carga é a compensação da dilatação térmica do corpo da própria célula. Isto é obtido com o uso de circuitos formados por strain gages construídos com materiais que possuem o mesmo coeficiente de dilatação do metal do corpo, ou seja não apresentam variações significativas de resistência em função da mudança da temperatura dentro dos limites especificados pelos fabricantes.
As células de carga são extremamente precisas (entre 0,1% a 0,02% do fundo de escala) e portanto necessitam de conversores de alta precisão e estabilidade térmica para uma leitura confiável do peso em ambientes industriais com variações de temperatura.
Onde elas são aplicadas?
Só para exemplificar, é comum ver as células de carga sendo aplicadas em:
- Veículos industriais e agrícolas: pesagem a bordo de qualquer material;
- Equipamentos médicos: pesagem de bebês, incubadoras, camas, macas;
- Máquinas dosadoras: Ensacadoras, envasadoras, embaladoras;
- Pesagem comercial: balanças comerciais, rodoviárias, ferroviárias;
- Automação de processos: silos, tanques, fábricas de rações, esteiras transportadoras;
- Testes e medição. Máquinas de ensaio para analisar propriedades mecânicas.
Quais os tipos de célula de carga?
Para entender qual dos tipos de célula é a ideal para o projeto da sua indústria, é preciso ter clareza sobre as necessidades existentes.
Então, para ajudar a sua missão, veja a seguir 3 opções de células de carga:
Célula de carga tipo S
Esse tipo de célula de carga é utilizado para medir esforços de tração e é muito utilizado em máquinas de ensaios e na modernização de balanças mecânicas.
Célula de carga tipo Beam e coluna
Esses tipos de células de carga é utilizado para pesagem de plataformas, tanques e silos sempre num conjunto de 3 ou 4 células ligadas em paralelo e operando como se fossem uma única célula. Normalmente é necessária a utilização de uma caixa de balanceamento para compensar as diferenças de ganho e sensibilidade de cada célula em relação às outras e assim garantir que cada célula apresente a mesma saída em mV para o mesmo peso. Assim são eliminados os chamados erros de canto nas balanças.
Na montagem precisamos garantir que as células não sejam influenciadas pelas variações dimensionais das estruturas mecânicas causadas pelas mudanças de temperatura (dilatação).
Para isto são utilizados apoios especiais nas células que permitem um certo movimento lateral das estruturas mantendo a carga alinhada com sua linha de centro.
Célula de carga tipo single point
Estas células possuem uma construção mecânica que suporta e elimina os erros de torção causados pela aplicação do peso em qualquer ponto de uma plataforma construída dentro dos limites especificados pelo fabricante (ver dimensões máximas da plataforma no catálogo de cada célula) e são sempre utilizados individualmente.
A aplicação típica são as balanças comerciais e as balanças dinâmicas checkweighers.
Alerta: É importante salientar que a pesagem é uma especialidade complexa que exige dos técnicos conhecimentos de estruturas mecânicas e de eletrônica de medição e controle.
Para saber tudo sobre células de cargas e qualificar os processos da indústria, fale com nosso time de especialistas.
