Definição

A Célula de Carga é um transdutor de força, o qual transforma uma grandeza física (força) em um sinal elétrico.
É utilizada em balanças comerciais e em soluções para pesagem industrial, aplicada em automatização e controle de processos industriais.

O uso de células de carga como transdutores de medição de força abrange hoje uma vasta gama de aplicações.

A popularização do seu uso decorre do fato que a variável peso está presente em qrande parte das transações comerciais e de medição.

Princípios de Funcionamento
Extensômetro ou Strain-Gage
O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ( strain gage ) (fig. 1), quando submetido a uma deformação.

Utiliza-se comumente em células de carga quatro extensômetros ligados entre si conforme a ponte de Wheatstone (fig. 2), em 1843 , o físico Inglês Sir Charles Wheatstone inventou um circuito de ponte que pode medir resistências elétricas. O circuito de ponte de Wheatstone é ideal para medir as alterações de resistência que ocorrem nos extensómetros. Esta ponte recebendo uma alimentação de 10 a 12Vcc Ponte de Wheatstonee o desbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensômetros, é proporcional à força que a provoca.

É através da medição deste desbalanceamento que se obtém o valor da força aplicada.

Os extensômetros são colados em uma peça metálica (alumínio, aço liga ou aço inoxidável), denominada corpo da célula de carga e inteiramente solidários à sua deformação.

A força atua, portanto, sobre o corpo da célula de carga e a sua deformação é transmitida aos extensômetros, que por sua vez medirão sua intensidade.

Obviamente, que a forma e as características do corpo da célula de carga devem ser objeto de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto quanto na sua execução, visando assegurar que a sua relação de proporcionalidade entre a intensidade da força atuante e a consequente deformação dos extensômetros seja preservada tanto no ciclo inicial de pesagem quanto nos ciclos subsequentes, Fig. 3 - Gráfico de deformação x carga, mostrando histerese, repetibilidade e não linearidadeindependentemente das condições ambientais.

A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma “linearidade” dos resultados (fig. 3).

Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há necessidade de se “compensar” os efeitos de temperatura através da introdução no circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma inversa a dos extensômetros.

Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem e que deve ser controlado com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga é o da “histerese” decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam com as descargas respectivas (Fig. 3).

Outro efeito que também deve ser controlado é a “repetibilidade” ou seja, indicação da mesma deformação decorrente da apIicação da mesma carga sucessivamente, também deve ser verificada e controlada através do uso de materiais isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a célula de carga (Fig. 3).

Fig. 4- Gráfico de deformação x tempo mostrando a fluência ou creep

Finalmente, deve-se considerar o fenômemo da “fluência” ou creep, que consiste na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga.

Este efeito decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e apresenta-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja incrementos na mesma (Fig. 4).