MCA Strumentazione Industriale – Strumenti tecnici online
Dati sensibilità della cella, portata nominale e peso applicato, calcola la tensione di uscita della cella, la corrente 4-20 mA convertita e la percentuale di scala
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Una cella di carico analogica produce in uscita una tensione (in millivolt) proporzionale al peso applicato, modulata dalla sensibilità nominale della cella stessa (espressa in mV/V) e dalla tensione di alimentazione del ponte di Wheatstone. Per portare questo segnale debole — pochi millivolt — in un PLC industriale serve un convertitore mV/V → 4-20 mA come l'I4L FEMA, che amplifica, scala e fornisce un'uscita standard.
Questo calcolatore esegue tutti i conti di una catena di pesatura: dato un peso applicato alla cella, calcola la tensione di uscita istantanea della cella, la percentuale di scala, la corrente 4-20 mA equivalente dopo conversione. Utile per dimensionare il convertitore, verificare in fase di progetto se la cella scelta è adatta, o controllare in messa in servizio se i valori reali corrispondono alle aspettative teoriche.
Per la guida tecnica completa alle celle di carico industriali (tipologie, classi OIML, gradi IP, ATEX, criteri di scelta) consulta il cluster celle di carico. Questo calcolatore è la parte di "condizionamento del segnale" complementare alla scelta della cella.
Inserisci i parametri della cella di carico (da datasheet) e il peso applicato. Il calcolatore mostra in tempo reale la tensione di uscita della cella, la percentuale di scala e la corrente 4-20 mA convertita dal convertitore.
La cella lavora in zona ottimale.
Percentuale di scala 30-90%: la cella lavora nella zona ottimale. Buona risoluzione di lettura, niente saturazione, niente sotto-utilizzo.
Percentuale di scala < 30%: cella sovradimensionata per il peso reale. Possibile, ma la risoluzione del PLC viene "sprecata" sulla parte alta della scala mai usata. Considerare cella con portata inferiore se il peso massimo è confermato.
Percentuale di scala 90-100%: cella vicina al fondo scala. Funziona ma con margine di sicurezza ridotto: picchi imprevisti possono portare la cella in sovraccarico. Considerare cella con portata superiore.
Percentuale di scala > 100%: sovraccarico. Cella in zona pericolosa, può perdere linearità (sopra 150% della portata) o danneggiarsi permanentemente (sopra 200-300%).
Una catena di pesatura industriale è composta da: cella di carico → eventuale junction box → convertitore → PLC/indicatore. Ogni elemento aggiunge un fattore moltiplicativo al segnale, e la conoscenza di questi fattori permette di dimensionare correttamente l'intera catena prima di acquistare i componenti.
Una cella di carico analogica è un trasduttore che converte forza in tensione. La sua uscita istantanea segue questa relazione lineare:
Vcella = Valimentazione × SensibilitàmV/V × (Papplicato / Pfondo scala)
Esempio numerico: cella da 1000 kg con sensibilità 2 mV/V alimentata a 10 V, peso applicato 600 kg:
Vcella = 10 V × 0,002 × (600 / 1000) = 10 × 0,002 × 0,6 = 12 mV
A peso zero (P=0): V_cella = 0 mV (a meno di offset di tara). A fondo scala (P = P_FS): V_cella = V_alim × Sensibilità = 20 mV (con i parametri dell'esempio).
Il convertitore I4L applica una scalatura lineare per portare la tensione della cella su un'uscita 4-20 mA con scala configurabile:
Iuscita = 4 + 16 × ((Papplicato − Pmin scala) / (Pmax scala − Pmin scala))
Dove P_min scala è il peso che corrisponde a 4 mA, P_max scala il peso che corrisponde a 20 mA. Tipicamente P_min = 0 (no tara) e P_max = fondo scala totale, ma è possibile zoomare su un range intermedio: per esempio impostare P_min=200, P_max=800 per avere risoluzione massima sulla parte centrale (4 mA = 200 kg, 20 mA = 800 kg, valori sotto 200 o sopra 800 vanno fuori scala).
Per pesatura serbatoi e silos a 3 o 4 punti di appoggio, le celle vengono collegate in parallelo tramite junction box che bilancia elettricamente le uscite:
Esempio: 4 celle da 2000 kg con sensibilità 2 mV/V → fondo scala totale 8000 kg, sensibilità 2 mV/V, tensione max alla portata totale = V_alim × 0,002 = 20 mV (con 10 V di alimentazione).
Le celle di carico industriali standard hanno linearità tipica dello 0,02-0,05% del fondo scala (classi C3, C4 OIML). Su una cella da 1000 kg classe C3 questo significa errore massimo intorno a 0,5 kg sul fondo scala. La tolleranza si somma all'errore del convertitore I4L (tipicamente 0,1% FS) per ottenere la precisione complessiva della catena di pesatura. Per applicazioni metrologiche più stringenti servono celle classe C4 o C6 e convertitori dedicati di precisione superiore.
"Cella da 2 mV/V" non significa che la cella produce 2 mV. Significa che produce 2 mV per ogni volt di alimentazione, a fondo scala. Con alimentazione 10 V, l'uscita massima è 20 mV. Con alimentazione 5 V, l'uscita massima è 10 mV. La sensibilità mV/V è il coefficiente moltiplicativo, non un valore assoluto.
Per peso massimo nominale di 1000 kg, scegliere una cella da 1000 kg significa lavorare al fondo scala, senza margine. Picchi dinamici (urti, vibrazioni, dosaggio rapido) possono superare il 20-50% del peso statico nominale. Regola: portata cella = peso massimo previsto × 1,25 minimo. Per peso 1000 kg, scegliere cella da 1500 o 2000 kg.
Collegare 4 celle direttamente senza junction box (in parallelo "selvaggio") porta a sbilanciamenti tra le celle: ognuna ha tolleranze leggermente diverse e la lettura risulta imprecisa o non lineare. La junction box ha trim resistors per bilanciare elettricamente le celle e ottenere lettura uniforme indipendentemente da quale punto del serbatoio viene caricato.
Le celle di carico industriali hanno tipicamente 6 fili: 2 di alimentazione (excitation +/-), 2 di lettura (signal +/-), 2 di sense (per compensare la caduta di tensione sui cavi di alimentazione). Il cablaggio a 4 fili (senza sense) introduce errore proporzionale alla resistenza del cavo. Il cablaggio a 6 fili (sense compensata) elimina l'errore. Verificare nel datasheet del convertitore se supporta sense (l'I4L sì) e cablare di conseguenza.
Le celle di carico hanno coefficienti di temperatura (drift termico) tipicamente intorno a 0,01-0,02% FS / °C su sensibilità e zero. In ambienti con escursioni termiche di 20-30°C la deriva può raggiungere 0,3-0,6% FS, che su 1000 kg sono 3-6 kg di errore costante. Per applicazioni in ambienti caldi/freddi servono celle con compensazione termica spinta (classi superiori) o tarature periodiche.
Tubi rigidi collegati al serbatoio pesato, scale di accesso vincolate, cablaggi rigidi creano forze parassite che la cella interpreta come peso aggiuntivo. La lettura mostra valori "che non tornano" rispetto alle quantità note caricate. Tutti i collegamenti meccanici al serbatoio devono essere flessibili (tubi flex, sospensioni a molla, giunti articolati) per non disturbare la cella.
Indicaci portata cella, sensibilità, alimentazione, range di scalatura desiderato e tipo di PLC: ti dimensioniamo il convertitore I4L FEMA per la tua catena. Per la scelta della cella di carico vedi anche il cluster celle di carico con guida tecnica completa.
La sensibilità mV/V è il parametro fondamentale di una cella di carico analogica. Indica quanti millivolt vengono prodotti in uscita dalla cella per ogni volt di alimentazione applicata, quando la cella è a fondo scala (peso pari alla portata nominale). I valori tipici sono 2 mV/V e 3 mV/V. Esempio: con cella da 2 mV/V alimentata a 10 V, all'applicazione del peso di fondo scala l'uscita è 20 mV. A metà scala l'uscita è 10 mV. La relazione è perfettamente lineare.
La formula è: V_uscita = V_alimentazione × sensibilità × (peso_applicato / portata_nominale). Esempio con cella da 1000 kg, sensibilità 2 mV/V, alimentazione 10 V, peso applicato 600 kg: V_uscita = 10 × 0,002 × (600/1000) = 12 mV. La relazione è lineare: doppio peso, doppia tensione di uscita. A peso zero l'uscita è 0 mV (a meno di offset di tara). A peso di fondo scala l'uscita è al massimo della curva caratteristica della cella.
Il segnale mV/V grezzo di una cella di carico è troppo debole (millivolt) per essere trasmesso su distanze lunghe senza degradazione, e non è direttamente leggibile dalla maggior parte dei PLC industriali che hanno ingressi 4-20 mA. Un convertitore come l'I4L FEMA amplifica il segnale mV/V, applica funzioni di tara e correzione campo (Fcor), scalatura per il fondo scala desiderato, e produce in uscita un 4-20 mA standard immune ai disturbi di linea, leggibile da qualsiasi sistema di controllo.
Servono tre informazioni base: sensibilità della cella in mV/V (da datasheet, tipicamente 2 o 3 mV/V), portata nominale (es. 1000 kg, 5 t), range di scala desiderato in uscita (es. 0-1000 kg corrisponde a 4-20 mA, oppure 200-800 kg con tara per zoom centrale). L'I4L si configura tramite codici frontali: si seleziona il tipo di ingresso (mV/V), si imposta il valore di mV corrispondente al fondo scala, si definisce la corrispondenza con 4-20 mA. La funzione Fcor permette correzioni di campo dopo l'installazione.
Sì, è la configurazione standard per pesatura serbatoi e silos a più punti di appoggio. Si collegano in parallelo 3 o 4 celle di carico tramite una junction box (cassetta di somma) che bilancia elettricamente le celle. L'uscita combinata della junction box va al convertitore I4L. Il fondo scala è la somma delle portate delle singole celle: 4 celle da 2000 kg = fondo scala 8000 kg. La sensibilità rimane invariata se le celle sono tutte dello stesso tipo.
Le celle di carico hanno tipicamente un sovraccarico ammissibile (operating overload) intorno al 150% della portata nominale, e un sovraccarico distruttivo (ultimate overload) intorno al 200-300%. Tra portata nominale e operating overload la cella funziona ma la precisione si degrada. Sopra operating overload la cella si deforma plasticamente e perde linearità permanentemente. Sopra ultimate overload la cella si rompe meccanicamente. Sempre dimensionare la cella con margine: portata nominale = peso massimo previsto × 1,25 minimo.
Per molte applicazioni sì, con vantaggi economici. L'I4L converte mV/V in 4-20 mA standard che il PLC può leggere e visualizzare nel proprio HMI o SCADA, senza bisogno di un indicatore di pesatura separato. Per applicazioni metrologiche legali (pesatura fiscale, bilance certificate CE-M) servono indicatori certificati con omologazione metrologica: il convertitore I4L è un dispositivo industriale, non metrologico legale. Per dosaggio batch, pesatura silos, monitoraggio carichi industriali è invece la scelta corretta ed economica.
La precisione complessiva è la somma quadratica degli errori dei due elementi: errore della cella (tipicamente 0,02-0,05% FS per classi C3/C4) + errore del convertitore (tipicamente 0,1% FS per I4L). Risultato finale circa 0,1-0,15% FS sulla catena completa. Su una cella da 1000 kg significa precisione complessiva di ±1-1,5 kg sulla lettura PLC. Adatta a tutte le applicazioni industriali standard.
Sì, l'I4L ha funzione di tara configurabile via codici frontali: si applica un peso noto come riferimento "zero" (es. il peso del serbatoio vuoto) e da quel momento la lettura è netta (peso totale meno tara). La tara può essere reimpostata in qualsiasi momento. Questo è utile per pesatura serbatoi dove interessa il peso del prodotto e non quello dello stesso serbatoio.
Fcor è una funzione di correzione campo che permette di tarare il convertitore confrontando la lettura con un peso reale conosciuto applicato in campo. Si applica un peso noto (es. 500 kg) e si dice all'I4L "questo peso applicato corrisponde a 500 kg sull'uscita 4-20 mA". L'I4L corregge automaticamente eventuali sfasamenti tra calcolo teorico e realtà fisica (per esempio dovuti a vincoli meccanici parziali, tubi rigidi residui, ecc.). È un'operazione che si fa una volta in messa in servizio.
No, il calcolatore mostra il valore teorico nominale a 20°C standard. La deriva termica reale (0,01-0,02% FS per °C tipico) può essere ignorata in ambienti climatizzati (sala controllo, capannone) ma va considerata in applicazioni esterne o in ambienti gravosi. Per il dimensionamento iniziale e la verifica concettuale i valori del calcolatore sono affidabili. Per la taratura finale sul campo si usa la funzione Fcor del convertitore con peso reale di riferimento.
Il calcolo è preciso per il modello matematico standard di una cella di carico ideale a 20°C. I valori reali possono differire leggermente per: tolleranze costruttive della cella (entro la classe OIML dichiarata), tolleranza sulla tensione di alimentazione del ponte, eventuali offset di zero residui, deriva termica, vincoli meccanici dell'installazione. Il calcolatore è uno strumento di prima verifica e dimensionamento, non sostituisce la taratura finale in campo con peso reale di riferimento.
MCA fornisce convertitori FEMA Electronica per celle di carico industriali. Vedi anche il convertitore I4L, il cluster convertitori e isolatori e il cluster celle di carico per la guida tecnica completa alla scelta della cella.