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Guida alla misura · per ingegneri alle prime armi con la misura delle forze · lettura di 2 min

Celle di carico multiasse: cosa misurano e dove vengono impiegate

Da una forza a un segnale, poi da un asse a sei.

  • celle di carico
  • estensimetro
  • sei assi

L’essenziale

Un trasduttore converte una grandezza fisica in un segnale elettrico a essa proporzionale. In una cella di carico, la forza deforma il corpo e gli estensimetri cablati a ponte di Wheatstone vedono la loro resistenza variare con tale deformazione. Il segnale del ponte viene condizionato e amplificato prima di giungere al sistema di acquisizione dati. Una cella di carico mon-assio misura una direzione; una cella di carico triassiale misura tre forze perpendicolari; una cella di carico a sei assi aggiunge i tre momenti.

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Che cos’è un trasduttore?

Un dispositivo che converte una forma di energia in un segnale leggibile. L’uscita è elettrica e proporzionale alla grandezza misurata: forza, coppia, posizione, accelerazione o temperatura.

  • I trasduttori attivi non richiedono una fonte di alimentazione: una termocoppia è uno di questi.
  • I trasduttori passivi richiedono una fonte di alimentazione esterna; la loro uscita è una variazione di resistenza, capacità o di un altro parametro elettrico. Una cella di carico a estensimetri o un trasduttore di coppia è uno di questi.
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Come misura una forza una cella di carico?

La forza deforma il corpo della cella di carico. Estensimetri montati a ponte di Wheatstone vedono la loro resistenza variare con tale deformazione. Il ponte richiede un’alimentazione; la sua uscita passa attraverso il condizionamento del segnale e l’amplificazione ed è restituita come tensione per il sistema di acquisizione dati.

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Tre assi o sei?

Tre assi se la prova richiede soltanto le forze; sei se richiede anche i momenti.

  • Tre assi: Fx, Fy e Fz, ciascuno su un ponte intero, in un unico corpo. La serie TR3D va da 1,1 kN per asse (TR3D-B-250) a 444 kN (TR3D-D-100K).
  • Sei assi: le tre forze e il momento attorno a ciascun asse, su sei ponti. TR6D-C: 71, 89 e 178 kN con 1,4, 4,5 e 9,5 kN·m. TR6D-F, a bassa altezza: 22 e 45 kN con 1,1 e 3,4 kN·m.
  • Ogni cella a sei assi è fornita con un rapporto di taratura ISO/IEC 17025 che include la sua matrice di diafonia.
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Dove si utilizzano i trasduttori di forza a sei assi?

Ovunque forze e momenti agiscono insieme e devono essere separati.

  • Biomeccanica e ortopedia: simulazioni di articolazioni, arti protesici.
  • Robotica: sistemi di presa e assemblaggio di prodotti.
  • Automotive: prove di crash, di frenata e in curva.
  • Gallerie del vento: portanza, resistenza e forza laterale, con momenti di imbardata, rollio e beccheggio.
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Possono essere utilizzati sul campo?

Sì. I corpi dei TR3D, TR6D-C e TR6D-F sono stagni e compensati in temperatura, utilizzabili da −40 a 149 °C, per l’acquisizione di dati sul campo come per le prove in laboratorio. Quando nessun modello del catalogo è adatto, il trasduttore di forza è realizzato su misura oppure il pezzo stesso viene equipaggiato con estensimetri.

Da ricordare

  • Un trasduttore di forza a estensimetri è un trasduttore passivo: necessita di un’alimentazione e di un amplificatore.
  • Tre assi forniscono le forze; sei assi aggiungono i momenti.
  • Nessun modello del catalogo è adatto: il pezzo stesso può diventare il trasduttore.

Uno sforzo da misurare in più direzioni?

Descriva il pezzo, gli sforzi e lo spazio. Un ingegnere Le risponde con un trasduttore di forza e il suo amplificatore.

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