O que é uma célula de carga e como funciona?
Uma célula de carga é um sensor eletromecânico usado para medir força ou peso. Possui um design simples, mas eficaz, que se baseia na conhecida transferência entre uma força aplicada, a deformação do material e o fluxo de eletricidade. São dispositivos incrivelmente versáteis que oferecem desempenho preciso e robusto em uma variedade diversificada de aplicações. Não é surpresa que eles tenham se tornado essenciais para muitos processos industriais e comerciais, desde automatizar a fabricação de carros até pesar suas compras no checkout. À medida que a tecnologia explode, muitas aplicações novas e animadoras estão surgindo que também se beneficiam do uso de células de carga. Novos avanços em robótica, hápticos e próteses médicas, para citar alguns, todos precisam de formas eficazes de medir forças e pesos. Novos tipos de células de carga estão sendo continuamente projetados para atender às necessidades deste mercado em constante mudança.
Como funcionam as células de carga
Quando usamos células de carga, uma extremidade é geralmente presa a um quadro ou base, enquanto a outra extremidade é livre para anexar o elemento de peso ou suporte de peso.
Quando a força é aplicada ao corpo da célula de carga, ela deforma ligeiramente sob a tensão. Isso é semelhante ao que acontece com uma vara de pesca quando um pescador enganchar um peixe.
O pescador vai segurar a vara em suas mãos enquanto o peixe aplica uma força para puxar na outra extremidade da linha de pesca. O resultado dessa força é que a vara de pesca se dobra, com um peixe maior e mais forte, fazendo com que a curva seja mais extrema.
Quando essa ação acontece com um sensor de carga, a deformação é muito sutil e não visível a olho nu. Para medir a deformação, os extensômetros são firmemente ligados ao corpo da célula de carga em pontos pré-determinados, fazendo com que se deformem em uníssono com o corpo. O movimento resultante altera a resistência elétrica dos extensômetros em proporção à quantidade de deformação causada pela carga aplicada.
Utilizando a eletrônica de condicionamento de sinal, a resistência elétrica dos extensômetros podem ser medidos com o sinal resultante sendo saída como uma leitura de peso ou força.
Tecnologia em células de carga
Células de carga (load cells) consistem em duas partes: um corpo principal e um circuito eletrônico incorporado. O corpo principal é o que suporta o peso ou força e é responsável pela maior parte do tamanho da célula de carga. Normalmente ele é feito de aço ou alumínio de alta qualidade, o que garante confiabilidade mecânica e distribuição de deformação uniforme e previsível.
O circuito eletrônico é acomodado na célula de carga, firmemente colado ao corpo principal. O circuito inclui extensômetros os quais são partes especializados do circuito projetadas para detectar as deformações do corpo principal.
Esses medidores de deformação ou medidores de tensão, consistem em fios ou lâminas eletricamente condutivas dispostos em um padrão de zig-zag apertado. Esse padrão os torna sensíveis ao alongamento e compressão ao longo de seu comprimento, mas insensíveis em toda sua largura. Dessa forma, eles podem ser posicionados com precisão para detectar forças que percorres eixos específicos. Por exemplo, as células de carga de feixe de cisalhamento (shear beam) têm seus extensômetros (strain gages) posicionados em um ângulo de 45 graus em relação ao eixo de carga, de modo a maximizar a detecção da deformação de cisalhamento que atravessa a célula de carga.
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Proteção ambiental
Dependendo da configuração, uma célula de carga pode se encontrar em condições ambientais muito diferentes. Naturalmente, uma sala limpa dentro de um laboratório médico difere muito da carroceria de um caminhão de mineração a céu aberto, ainda que ambos podem usar diferentes tipos de células de carga. Portanto, é importante que elas sejam adequadamente protegidas do ambiente externo, para garantir seu desempenho duradouro para o uso pretendido.
A maioria das células de carga será vedada. Isso significa que as cavidades são preenchidas com um material epóxi ou resina que cobre totalmente os componentes eletrônicos. Isso ajuda a proteger os circuitos contra danos e umidade externos e também ajuda a dissipar o calor.
Algumas células de carga apresentam vedações herméticas para uma proteção ambiental mais completa. Uma vedação totalmente soldada fornece um invólucro hermético e robusto, resistindo aos ambientes mais desafiadores.
Certificados ATEX e FM estão disponíveis para algumas células de carga. Esses certificados indicam que é apropriado usar as células de carga em ambientes potencialmente explosivos sem o risco de faíscas. Isso é ideal para atividades que liberam gases ou vapores inflamáveis, como pulverização de tinta em veículos ou locais de trabalho que manipulam pós orgânicos finos, como farinha de grãos ou madeira.
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Precisão da célula de carga
Tarefas diferentes exigem diferentes graus de precisão. Uma escala médica que mede doses de medicamentos obviamente precisa ter uma resolução maior do que uma escala industrial que pesa grandes quantidades de cascalho ou areia. Dessa forma, você encontrará diferentes tipos de células de carga que oferecem níveis variados de precisão e capacidade, para acomodar essas diversas aplicações.
Existem regras e acordos internacionais que visam fornecer algum controle de qualidade sobre equipamentos de pesagem e medição de força. A ideia é que tal regulamentação ajude a promover a harmonia entre diferentes jurisdições, facilitando o comércio e a atividade econômica.
Internacionalmente, a Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML) rege esses regulamentos metrológicos, e nos EUA o Comitê Nacional de Avaliação de Tipo (NTEP) faz o mesmo. No Brasil o órgão responsável é o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO)
Muitas atividades comerciais em que o produto é vendido por peso exigem equipamentos de pesagem legais para o comércio. Este é um equipamento que foi certificado pelas autoridades relevantes (OIML, NTEP ou padrões nacionais) para uso em tais aplicações. Normalmente, para balanças comerciais, você as verá certificadas para uma classe C3 sob o OIML.
Células de carga com certificação OIML ou NTEP serão adequadas para aplicações legais. Às vezes, eles têm certificação OIML e NTEP, outros podem ter apenas um, dependendo do mercado ou da região que está sendo vendida. Consulte nosso celula de carga preço.
Fora dessas certificações, as células de carga são rotuladas como de finalidade geral (GP). Elas não são certificadas, mas geralmente oferecem níveis similares de precisão. Isso é ideal em situações em que os regulamentos de comércio legal não se aplicam.
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Instalação e uso
O desempenho de uma célula de carga depende de muitos fatores. O principal entre estes é a instalação adequada e alinhamento. Costuma-se dizer que uma célula de carga é tão boa quanto a sua montagem. Como tal, é importante seguir cuidadosamente as recomendações do fabricante para obter os melhores resultados do seu dispositivo e garantir uma utilização segura e duradoura. Essas recomendações geralmente incluem informações sobre a montagem e alinhamento adequados de sua célula de carga, sua fixação adequada e a correta escolha de fixadores, o uso de acessórios de montagem, acessórios eletrônicos e procedimentos de calibração.
Trabalhando em conjunto com o seu fornecedor de células de carga, você garante a escolhe da melhor estratégia e o melhor produto para atender às suas necessidades específicas e, por meio de suporte contínuo, confiar que sua solução será eficaz e duradoura.
Modelos de célula de carga
Uma célula de carga está disponível em vários formatos e configurações que podem ser especificadas para uso em diferentes áreas de aplicação. Comumente, as células de carga se enquadram em quatro diferentes categorias, no entanto, sua tecnologia principal permanece a mesma.
As quatro principais categorias de célula de carga são:
Viga
As células de carga de feixe são sensores altamente versáteis que normalmente funcionam como vigas engastadas com uma extremidade sendo fixada e a outra extremidade livre para deformar quando submetida a uma força.
Algumas células de carga de viga também podem ser consideradas duplas, o que significa que o sensor é fixado em ambas as extremidades e carregado no centro.
Single Point
Normalmente, as células de carga dependem da força aplicada sendo colocada em um ponto central do corpo do sensor. O desvio da força centralmente aplicada resultará em uma perda de precisão.
As células de carga single point funcionam de forma diferente, permitindo o carregamento fora do centro, mantendo a precisão. Essa habilidade faz delas uma escolha ideal para aplicações onde a carga é aplicada com um grau de variabilidade de colocação.
Compressão
Como o nome sugere, uma célula de carga de compressão mede uma força de esmagamento ou pressão. Geralmente seu design
imita uma coluna, dando força adicional ao sensor para uso em aplicações estáticas de alta capacidade.
Tensão
Uma célula de carga de tensão é usada principalmente para medir uma força de puxar, pela qual a carga é suspensa do pé do sensor, fazendo com que ela se estique.
As células de carga de tensão são às vezes chamadas de células tipo S ou S devido à sua forma semelhante à letra S. Muitas células de carga de tensão também podem ser usadas para medir uma força compressiva, tornando-as altamente versáteis.
