Na era moderna de automação industrial e medição de precisão, o célula de carga se destaca como um dos componentes mais críticos. Atuando como uma ponte entre os mundos físico e digital, uma célula de carga converte até as menores forças mecânicas em sinais elétricos que podem ser processados, analisados e exibidos. Neste guia abrangente, exploraremos como funciona uma célula de carga, os diferentes tipos disponíveis, critérios de seleção, montagem de célula de carga, calibração de célula de carga, considerações de precisão, preços e melhores práticas para uso a longo prazo.
Como funciona uma célula de carga?
O princípio de funcionamento da célula de carga é fundamentalmente baseado em tecnologia de extensômetro. Quando uma força ou peso é aplicado a uma célula de carga, sua elemento elástico (tipicamente liga de alumínio, aço inoxidável ou aço-liga) sofre deformação mínima. Os extensômetros, que são resistores de precisão fixados ao corpo elástico, deformam-se simultaneamente. Isso faz com que seus valores de resistência mudem proporcionalmente à força aplicada.
Os extensômetros são normalmente configurados em um Circuito da Ponte de Wheatstone, permitindo a detecção precisa de variações de resistência. O resultado é uma pequena alteração na tensão elétrica de saída, expressa em milivolts por volt (mV/V). Esse sinal é então amplificado e convertido em formato digital para processamento por indicadores de pesagem, CLPs ou controladores.
Conceitos-chave:
- Elemento Elástico: O corpo principal da célula de carga que suporta a carga aplicada.
- Medidores de tensão: Resistores sensíveis que traduzem deformação em mudanças de resistência.
- Ponte de Wheatstone: Circuito que converte variação de resistência em tensão mensurável.
- Sinal de saída: Sinal elétrico proporcional à carga aplicada.
Diagrama de célula de carga explicado
Embora as células de carga sejam de vários tipos, sua estrutura interna compartilha elementos comuns. Abaixo está uma estrutura simplificada diagrama de célula de carga:
Em termos práticos:
- Uma força é aplicada no ponto de entrada da carga.
- O corpo elástico se deforma, e os extensômetros detectam essa deformação.
- A ponte de Wheatstone produz uma tensão proporcional.
- A saída é processada e exibida como peso.
Seja um célula de carga de ponto único, Tipo S, ou célula de coluna de compressão, esse princípio permanece universal.
Tipos de células de carga
A escolha do tipo correto de célula de carga é essencial para uma medição precisa:
- Célula de carga de ponto único: Ideal para pequenas plataformas, balanças de varejo e controladores de peso.
- Célula de carga tipo S: Mede tanto tensão quanto compressão, amplamente utilizado em balanças de tremonha e guindaste.
- Célula de carga de viga de cisalhamento/viga cantilever: Adequado para tanques, silos e balanças de correia transportadora.
- Coluna de compressão/tipo de raio:Projetado para aplicações pesadas, como balanças de caminhões e balanças ferroviárias.
- Células de Carga Hidráulicas e Pneumáticas: Usado onde a interferência elétrica é problemática.
Critérios de seleção de células de carga
Ao selecionar um célula de carga do sensor de pesagem, considere estes fatores:
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Capacidade (alcance)
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Combine a carga máxima com uma margem de segurança adicional (geralmente 120–150%).
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Para sistemas multicelulares (por exemplo, 4 células de carga sob uma plataforma), divida a capacidade de carga total adequadamente.
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Precisão da célula de carga
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Classificado de acordo com os padrões OIML ou NTEP (C1, C3, C5, etc.).
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Células de carga C3 são os mais comuns, fornecendo precisão de ±0,02%.
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Condições ambientais
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IP65/IP67 para resistência à poeira e respingos.
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IP68/IP69K para ambientes de lavagem e submersão.
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Material
- Alumínio: Econômico, adequado para cargas mais leves.
- Aço inoxidável: resistente à corrosão, ideal para ambientes agressivos.
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Saída de sinal e compatibilidade
- Analógico (mV/V) para pesagem padrão.
- Células de carga digitais (RS485, barramento CAN) para integração avançada.
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Considerações específicas da aplicação
- Resistência à carga de choque para pesagem dinâmica.
- Certificação antiexplosão para zonas perigosas.
Melhores práticas para montagem de células de carga
Impróprio montagem de célula de carga é uma das principais causas de imprecisão e falhas prematuras. Siga estas diretrizes:
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Superfície rígida e plana: Certifique-se de que a superfície de montagem esteja estável e nivelada.
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Aperto de parafusos: Use o torque recomendado pelo fabricante para evitar distorção.
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Alinhamento: A carga deve ser aplicada centralmente; evite carga excêntrica.
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Dispositivos antirrotação: Evita torções indesejadas (importante para células do tipo S).
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Isolamento: Minimize forças laterais, vibração e efeitos de expansão térmica.
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Vedação Ambiental: Use capas protetoras em ambientes úmidos ou corrosivos.
Para sistemas de pesagem de silos ou tanques, use kits de montagem com botões de carga, pinos de balancim ou bases autoalinhantes para garantir a transferência adequada da carga.
Guia de Calibração de Células de Carga
Calibração de célula de carga é fundamental para a precisão. Garante que a saída elétrica corresponda precisamente ao peso aplicado.
Etapas para calibração:
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Calibração Zero
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Remova todas as cargas e zere o sistema.
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Calibração de span
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Aplique um peso conhecido (de preferência próximo da capacidade máxima).
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Ajuste o sistema para que a saída corresponda à carga aplicada.
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Calibração multiponto
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Para aplicações de alta precisão, calibre em vários níveis de peso.
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Ajuste de canto (plataformas de quatro células)
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Coloque pesos em cada canto para verificar a consistência.
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Ajuste calços ou use correção eletrônica de canto.
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Dica profissional: Utilize sempre pesos de teste certificados e repita a calibração periodicamente. A recalibração é obrigatória após reparos, realocações ou alterações estruturais.
Fatores de precisão e desempenho da célula de carga
O precisão de uma célula de carga depende de vários parâmetros:
- Rastejar:Deriva sob carga constante.
- Linearidade: Desvio na faixa de carga.
- Histerese: Diferença nas leituras ao carregar e descarregar.
- Compensação de temperatura: Estabilidade em variações de temperatura.
Para aplicações aprovadas comercialmente, as células de carga devem atender aos requisitos de certificação internacional (OIML, NTEP, etc.).
Preço da célula de carga: o que esperar
O preço da célula de carga varia dependendo de:
- Tipo e Capacidade: Uma célula de ponto único de 10 kg pode custar $18–50, enquanto uma célula de compressão de 50 toneladas pode exceder $1.000.
- Classe de precisão: Maior precisão (C5, C6) aumenta significativamente o custo.
- Material e vedação: Células de carga de aço inoxidável, hermeticamente seladas, são mais caras.
- Marca e Certificação: Marcas renomadas com aprovações NTEP/OIML exigem preços premium.
Para a maioria das aplicações industriais, Células de carga de aço inoxidável classe C3 oferecem o melhor equilíbrio entre precisão, durabilidade e preço.
Manutenção e uso a longo prazo
Para maximizar o desempenho e a vida útil:
- Evite sobrecargas e choques mecânicos.
- Mantenha as células de carga limpas e secas.
- Inspecione a fiação regularmente para evitar problemas de sinal.
- Blindagem contra interferência eletromagnética (EMI).
- Programe recalibração periódica.
Conclusão
O sensor de célula de carga é indispensável para sistemas de pesagem modernos, oferecendo precisão, confiabilidade e versatilidade incomparáveis em todos os setores, desde o processamento de alimentos até o aeroespacial. Ao compreender a princípio de funcionamento da célula de carga, escolhendo o modelo correto, seguindo as instruções adequadas montagem de célula de carga práticas e execução precisa calibração de célula de carga, as empresas podem garantir desempenho ideal e estabilidade a longo prazo.
Seja você um engenheiro projetando um sistema de pesagem ou um gerente de planta que faz a manutenção de equipamentos, este guia fornece o conhecimento para tomar decisões informadas sobre células de carga.
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