Célula de Carga

A História da Célula de Carga

Antes de as células de carga baseadas em sensores de deformação e tensão terem se tornado o método preferido para aplicações de pesagem industrial, as balanças de alavanca mecânica eram amplamente utilizadas. As balanças mecânicas podem pesar de tudo, desde pílulas a vagões, e podem fazê-lo com precisão e de forma confiável se forem devidamente calibradas e mantidas. O método de operação pode envolver o uso de um mecanismo de compensação de peso ou a detecção da força aplicada por alavancas mecânicas. Os primeiros pré-sensores de deformação e tensão incluíram projetos hidráulicos e pneumáticos. Em 1843, o físico Inglês Sir Charles Wheatstone inventou um circuito de ponte capaz de medir resistências elétricas. O circuito de ponte de Wheatstone é ideal para medição das alterações de resistência que ocorrem nos sensores de deformação e tensão. Embora o primeiro sensor de deformação tipo fio de resistência colado tenha sido desenvolvido na década de 1940, a aplicação dessa nova tecnologia só foi viabilizada técnica e economicamente após a eletrônica moderna. Desde aquela época, contudo, os sensores de deformação se ploliferaram como componentes mecânicos de balanças e como células de carga autônomas.

Princípios Operacionais da Célula de Carga

Os designs de célula de carga podem ser caracterizados pelo tipo do sinal de saída gerado (pneumático, hidráulico, elétrico) ou pela maneira como o peso é detectado (flexão, cisalhamento, compressão, tensão, etc.)

A Célula de Carga Hidráulica é um dispositivo de equilíbrio de forças, medindo o peso de acordo com a mudança na pressão do fluido de preenchimento interno. Em uma célula de carga hidráulica tipo diafragma rotativo, uma carga ou uma força atuando sobre o cabeça de carga é transferida para um pistão que, por sua vez, comprime um fluido de preenchimento confinado na câmara do diafragma elastomérico. À medida que a força aumenta, a pressão do fluido hidráulico sobe. Essa pressão pode ser indicada, no local, transmitida para indicação ou controle remoto. A saída é linear e relativamente não afetada pelo volume de líquido de enchimento ou por sua temperatura. Se as células de carga forem adequadamente instaladas e calibradas, a exatidão pode ser de 0,25% do fundo de escala ou superior, o que é aceitável para a maioria das aplicações de pesagem de processo. Esse sensor é ideal para uso em áreas de risco, uma vez que não possui componentes elétricos. As aplicações típicas da célula de carga hidráulica incluem pesagem de tanques, de silos e de tremonhas. Para obter a máxima exatidão, o peso do tanque deve ser obtido instalando-se uma célula de carga em cada ponto de apoio e somando suas saídas.

A Célula de Carga Pneumática também funciona com base no princípio de equilíbrio de forças. Esse dispositivo utiliza múltiplas câmaras de amortecimento para fornecer uma exatidão maior do que a de um dispositivo hidráulico. Em alguns designs, a primeira compartimento de amortecimento é usada como uma câmara de tara de pesagem. Células de carga pneumáticas são frequentemente utilizadas para medir pesos relativamente pequenos em setores onde a limpeza e a segurança representam uma grande preocupação. As vantagens desse tipo de célula de carga incluem serem inerentemente à prova de explosão e não afetadas por variações de temperatura. Além disso, essas células não contêm fluidos que poderiam contaminar o processo caso o diafragma se rompesse. As desvantagem incluem a relativamente baixa velocidade de resposta e a necessidade de limpeza, secagem e regulagem do ar ou do nitrogênio.

A Célula com Extensômetro (ou Sensor de Deformação) converte a carga que age sobre ela em sinais elétricos. O próprio sensor é colado em uma viga ou em um elemento estrutural que se deforma quando peso é aplicado. Na maioria dos casos, quatro sensores de deformação e tensão são usados para obter máxima sensibilidade e compensação de temperatura. Normalmente, dois dos sensores estão em tensão e dois em compressão, sendo conectados com os ajustes de compensação. Quando o peso é aplicado, a deformação mecânica altera a resistência elétrica dos medidores de forma proporcional à carga. As outras células de carga estão caindo no esquecimento, à medida que os modelos com sensores de deformação continuam a aumentar progressivamente a sua exatidão e a reduzirem seu preço unitário.