La scelta del trasduttore adeguato richiede innanzitutto un’analisi complessiva dell’impianto di pesatura: tipo di applicazione, caratteristiche della struttura da pesare, entità del carico e condizioni ambientali devono guidare la decisione. Un tecnico deve valutare se il sistema opera in interno o esterno, sotto continui lavaggi o polveri, se il carico è statico o dinamico, nonché il fine della pesatura (controllo qualità, processi automatici, uso legale ecc.). In generale, si raccomanda di confrontare attentamente le specifiche tecniche della cella (portata nominale, accuratezza, campo di temperatura, protezione IP, ecc.) con i requisiti dell’applicazione.
Carico e portata nominale
Per prima cosa va determinato il carico massimo che la cella dovrà sostenere: non solo il peso lordo dell’oggetto, ma anche il peso della struttura e eventuali forze aggiuntive (urti, vibrazioni, carichi sbilanciati). Queste “forze parassite” possono sovraccaricare la cella oltre il semplice peso statico, per cui è fondamentale sovradimensionare la portata nominale. In pratica si suggerisce di scegliere celle con capacità superiore di almeno il 25–30% al carico massimo previsto, o anche fino al 100% in applicazioni particolarmente gravose. Un dimensionamento corretto previene danni meccanici e deriva del sensore in caso di urti accidentali o sbalzi di carico.
Ambiente di utilizzo e materiali
L’ambiente operativo influenza profondamente la scelta del materiale e del grado di protezione della cella di carico. Se il sistema è interno e secco (ambiente industriale pulito), può bastare un trasduttore in acciaio al carbonio o alluminio, mentre per uso esterno, in presenza di pioggia, polvere, lavaggi o agenti chimici si richiede sicuramente una cella in acciaio inox con grado IP elevato. Per esempio, acciai inox come l’AISI 420 offrono buona robustezza meccanica a costi contenuti, mentre l’inox 17-4 PH (AISI 630), più costoso, garantisce la massima resistenza alla corrosione. In ambienti alimentari o farmaceutici, si prediligono trasduttori in acciaio inox lucidato con protezione IP69K (per resistere a getti d’acqua e detergenti a pressione) e omologazioni sanitarie (3-A, EHEDG). In caso di temperature estreme o cicli termici intensi va verificata la compensazione termica della cella, per garantire stabilità della misura nel range operativo. Infine, se l’impianto lavora in aree a rischio esplosione (polveri combustibili, vapori chimici), è essenziale dotare le celle delle certificazioni ATEX/IECEx (o equivalenti FM HazLoc, EAC Ex, Ex NEPSI) adatte alla zona di installazione.
Tipologie di celle di carico
Esistono varie famiglie di celle di carico, progettate per differenti modalità di sollecitazione (compressione, trazione, taglio, flessione ecc.). Le celle a compressione (di solito a disco o a colonna) vengono installate sotto il carico da pesare e si comprimono impercettibilmente quando viene caricato. Queste sono molto utilizzate su grandi piattaforme industriali, basamenti di silos e – in particolare – sulle pese a ponte, dove supportano carichi molto elevati fino a diverse decine di tonnellate. Le celle a doppio taglio (shear beam double-ended) sono simili alle compressive ma con supporti ad entrambe le estremità; la loro simmetria le rende particolarmente adatte a portate assai elevate mantenendo ottima linearità e stabilità.
Per i carichi sospesi si adottano principalmente celle a trazione (forme a “S” beam), mentre le celle a flessione (bending beam) – compresa la variante single-point – servono generalmente per carichi di medio-piccola entità (da qualche grammo a poche tonnellate) come bilance da banco, sistemi di dosaggio e sistemi a più celle di piccola dimensione. Le celle bending beam single-point sono costruite in modo da compensare carichi eccentrici, perciò ideali quando l’oggetto da pesare non è perfettamente centrato. La scelta tra questi tipi dipende dal tipo di struttura da sostenere e dal posizionamento del sensore: ad esempio, un serbatoio appoggiato a terra userà celle a compressione sotto i piedi, un’autoclave sospesa userà celle a trazione. Nel progetto va anche tenuto conto delle dimensioni fisiche della cella e di eventuali kit di montaggio (piastre di livellamento, tralicci antiribaltamento, compensatori di carico ecc.) necessari per garantire un corretto vincolo meccanico e proteggere la cella da spostamenti laterali.
Accuratezza e certificazioni
Dal punto di vista metrologico va scelta anche la classe di precisione (o classe OIML) della cella di carico, in base all’accuratezza richiesta dal processo. Celle omologate OIML R60, ad esempio con classe C3 o C4, assicurano bassa incertezza e sono tipiche per applicazioni come le pese a ponte, le bilance certificate CE-M o i sistemi di dosaggio industriale. Al contrario, per applicazioni meno critiche (ad es. impianti di betonaggio o nastri gravosi) possono essere sufficienti classi di accuratezza più basse (D1, C1, C2). Le specifiche di classe definiscono il minore valore di divisione utilizzabile (Vmin) e l’errore combinato (linearità, isteresi, deriva termica) sul fondo scala. In fase di progettazione occorre verificare che la risoluzione e la stabilità termica dichiarate (in mV/V e in %FS su un dato range termico) siano compatibili con le esigenze di misura.
Oltre alle certificazioni metrologiche, va considerata la marcatura CE (o UKCA) che attesta la conformità alle direttive UE del prodotto finale, e eventuali omologazioni specifiche per settori particolari. Ad esempio, per aree Class 1 (gas) o Class 2 (polveri) si adottano certificazioni aggiuntive (ATEX/IECEx) come già descritto, mentre in applicazioni alimentari e sanitarie si possono richiedere certificazioni di sanificabilità (3-A Sanitary). Infine, i principali produttori garantiscono la conformità agli standard internazionali (NTEP, CPA, ecc.) se richiesto dai mercati di destinazione.
Manutenzione, connettività e aspetti economici
Sotto il profilo economico e di manutenzione bisogna bilanciare investimento iniziale, durata operativa e requisiti funzionali. Le celle di carico analogiche tradizionali – costituite da un solo corpo meccanico con estensimetri – hanno un costo inferiore e possono essere installate con qualsiasi indicatore o PLC standard (simulando il ponte di Wheatstone). Tuttavia, non dispongono di intelligenza elettronica integrata: il segnale in mV risente di rumore elettromagnetico su lunghi cavi e non fornisce diagnostica del sensore. In caso di malfunzionamento analogo il solo segnale instabile obbliga l’operatore a interventi manuali e test elettrici su tutte le celle, allungando i fermi macchina.
Le celle digitali, viceversa, integrano al loro interno un convertitore A/D e un microelettronica di acquisizione: alimentate, restituiscono direttamente un dato numerico tramite interfacce come RS485 o CANopen. Questo aumenta il prezzo unitario del sensore, ma offre diversi vantaggi economici a lungo termine. La conversione a bordo elimina le perdite di segnale e rende la misurazione meno sensibile a disturbi, permettendo lunghe tratte di cablaggio senza schermature speciali. Inoltre, i sistemi digitali forniscono diagnostica integrata: il terminale di peso può interrogare ogni cella singolarmente, rilevare immediatamente guasti (sovraccarichi, scostamenti fuori range, differenze di calibrazione) e loggarli. Questo consente interventi di manutenzione rapidi e spesso da remoto, riducendo drasticamente i tempi di fermo impianto.
In sintesi, le celle analogiche offrono semplicità d’uso e minore investimento iniziale, a fronte di procedure di calibrazione tradizionali (ad es. equalizzazione manuale delle uscite multiple) e di una minore immunità ai disturbi. Le celle digitali richiedono un investimento maggiore e una strumentazione compatibile (tipicamente terminali o PLC con protocollo dedicato), ma garantiscono una qualità del segnale superiore, calibrazioni automatiche e funzioni avanzate (diagnostica, networking). La decisione dipende quindi dalle esigenze di precisione, complessità del sistema e budget disponibile: per impianti critici o di grandi dimensioni i vantaggi di produttività e di manutenzione dei sistemi digitali spesso ripagano l’investimento extra.
Pesatura ad alti carichi: le pese a ponte
Un caso applicativo particolarmente esigente è quello delle pese a ponte (weighbridges) per autocarri e veicoli industriali. Qui si richiedono celle di carico con portate molto elevate e massima robustezza costruttiva. Tipicamente vengono usate celle a colonna di compressione in acciaio inox (percepite verticalmente) oppure celle a doppio taglio (shear beam) di classe industriale. Questi sensori possono supportare carichi di decine di tonnellate per cella, in configurazioni a più sensori collegate in parallelo per coprire tutta la struttura. Ad esempio, esistono celle speciali con portate oltre le 30–50 tonnellate (e addirittura oltre 1000 tonnellate in sistemi di rilevamento pesi navali o ferrovieri). Le celle impiegate in questi impianti sono generalmente omologate in classi di alta precisione (OIML C3/C4 e superiori) per garantire la validità legale delle pesature.
In questo contesto la scelta tra tecnologie analogica e digitale diventa ancora più rilevante: le moderne pese a ponte digitali beneficiano di diagnostica in tempo reale e riducono drasticamente i tempi di fermo per manutenzione. Inoltre, l’alta risoluzione dei sensori digitali permette di rilevare variazioni di carico minime anche con portate elevate, migliorando la qualità del dato di peso e ottimizzando i costi operativi (meno errori di conteggio o eccessi di prodotto). In definitiva, nelle applicazioni di grandi portate l’investimento in celle di carico ad alte prestazioni (materiali speciali, elettronica avanzata) si traduce in maggiore affidabilità, sicurezza e controllo dell’impianto, con benefici economici rilevanti sul ciclo di vita del sistema.
Conclusioni
Scegliere la cella di carico giusta significa perciò valutare contemporaneamente caratteristiche meccaniche, ambientali e di costo. Occorre assicurarsi che il sensore abbia portata e classe di accuratezza adeguate al peso e agli scopi di misura, che il materiale e la protezione IP siano conformi alle condizioni ambientali, e che la configurazione (numero di celle, montaggio, elettronica) rispetti i vincoli strutturali dell’impianto. Tale decisione non dipende soltanto dal prezzo di acquisto: ad esempio, sebbene le celle analogiche risultino più economiche sul breve termine, l’uso di celle digitali ad alta integrazione può ridurre significativamente i costi operativi nel lungo periodo grazie a una minore manutenzione e a una diagnostica più efficiente. In ogni caso, una scelta tecnica oculata – supportata da dati certi e da specifiche trasparenti – assicurerà performance ottimali al sistema di pesatura, con risparmi economici e operativi sulla durata dell’impianto.