Che cos'è un trasduttore di forza?

Un trasduttore di forza converte le forze misurate che rappresentano forza, peso e pressione in segnali di uscita trasmessi. Questi segnali possono essere inviati a indicatori, controller o sistemi di acquisizione dati collegati a computer. La maggior parte dei trasduttori di forza ha uscite analogiche o digitali elettroniche, pneumatiche o idrauliche, a seconda delle esigenze dell'applicazione. Un trasduttore di forza può essere piccolo come la testa di un perno, misurando un semplice grammo di forza (1/28 di oncia) o grande come una colonna di ponte, misurando centinaia di tonnellate (1 tonnellata equivale a 2000 libbre o 909 chilogrammi) .

I primi trasduttori di forza erano idraulici. Cilindri, soffietti o diaframmi hanno convertito le forze in segnali di pressione letti su manometri. Un vantaggio dell'idraulica è che gli indicatori di livello in posizioni diverse sulla stessa linea hanno consentito a più persone di ottenere e utilizzare le informazioni contemporaneamente. Un altro è che l'idraulica è un sistema intrinsecamente sigillato, che li rende generalmente robusti, affidabili e impermeabili all'acqua e ad altri contaminanti.

Successivamente sono entrati in uso i sistemi di trasduttori di forza con uscite pneumatiche, che hanno consentito una facile integrazione nei sistemi di controllo di processo pneumatici utilizzando la convenzione di uscita universale 3-15 psi. Molti utenti di sistemi idraulici hanno semplicemente installato un trasmettitore di pressione pneumatico nel tubo idraulico dal trasduttore di forza idraulica già in atto. I trasduttori di forza pneumatici sono stati anche ampiamente utilizzati per controllare direttamente i freni di tensione degli avvolgitori sui laminatoi nell'industria della carta.

I progressi nell'arte dei sensori di estensimetri dagli anni '50 hanno cambiato il modo in cui le forze sarebbero state misurate. L'elemento sensibile si basava sulla relazione tra resistenza elettrica e allungamento, torsione o altra distorsione fisica di un filo conduttore, una lamina o un film sottile dalla sua normale posizione di riposo. Quando questi conduttori erano collegati a travi, perni, alberi o piastre, consentivano l'implementazione di sistemi di trasduttori di forza estremamente precisi, ripetibili e robusti chiamati celle di carico. Sarebbero applicati a tutte le aree dell'impresa umana dall'industria e dal commercio ai trasporti, alla sanità, alla ricerca scientifica e all'elettronica personale. Sono utilizzati in contenitori per bilance, bilance e per misurazioni mediche come la pressione sanguigna.

I sistemi di trasduttori di forza basati su sensori estensimetrici o celle di carico sono generalmente poco costosi da produrre. Includono l'eccitazione di tensione per il sensore e il circuito del ponte di bilanciamento, una sezione dell'amplificatore, elettronica di ridimensionamento e condizionamento per l'uscita. Le uscite analogiche possono variare dalle tensioni di corrente continua (CC) che predominano nelle applicazioni scientifiche, mediche e di difesa, alle uscite di corrente continua standard di 4-20 milliampere per i sistemi di controllo industriale. I trasduttori di forza collegati direttamente a computer e multiplexer possono incorporare interfacce seriali RS-232, connessioni USB (Universal Serial Bus) e autostrade di dati industriali come Modbus®. Le bilance alimentari nelle cucine per persone a dieta o i manometri digitali per pneumatici sui portachiavi incorporano entrambi trasduttori di forza in miniatura con semplici display a cristalli liquidi (LCD).