Un sensore di pesatura è un dispositivo di misurazione. Quando sottoposto a una forza esterna, genera un segnale elettrico al suo terminale di uscita. I sensori di pesatura a estensimetro sono uno dei tipi più comuni, utilizzati per misurare il peso. Questo articolo introdurrà il principio di funzionamento e le specifiche dei sensori di pesatura.

Cos'è un sensore di pesatura?

Un sensore di pesatura è un tipo di trasduttore di forza. Un sensore è un dispositivo che converte una forma di energia in un segnale elettrico leggibile. Nello specifico, un sensore di pesatura converte la forza in una tensione che può essere letta da apparecchiature elettroniche. Il sensore di pesatura più comunemente utilizzato nella vita quotidiana è il tipo a estensimetro — esiste in quasi tutti i dispositivi di misurazione del peso.

Come funziona un sensore di pesatura?

All'interno di un sensore di pesatura, c'è un materiale resistivo estremamente sottile attaccato a un substrato flessibile. Quando una forza esterna agisce sul corpo del sensore, il substrato flessibile si deforma — costringendo il materiale resistivo a deformarsi insieme ad esso. Man mano che le dimensioni della striscia resistiva cambiano, cambia anche il suo valore di resistenza.

Tuttavia, la variazione di resistenza è estremamente piccola rispetto alla resistenza totale originale del materiale — tipicamente dell'ordine di 1:100. Questo rende molto difficile la misurazione diretta del valore di resistenza assoluta.

Per risolvere questo problema, il materiale resistivo sul substrato flessibile è disposto in una configurazione di circuito chiamata ponte di Wheatstone (dal nome del suo divulgatore, Sir Charles Wheatstone). Questo ponte è una disposizione a forma di diamante di resistori, con un resistore su ogni lato (come mostrato nel diagramma sottostante).

Come funziona il ponte di Wheatstone

Una tensione di eccitazione viene applicata attraverso una coppia di diagonali del ponte a forma di diamante e il segnale di tensione di uscita viene letto attraverso l'altra coppia di diagonali:

Quando non viene applicata alcuna forza esterna: tutti i resistori hanno lo stesso valore. Ogni "braccio" del ponte funge da divisore di tensione, quindi la tensione di uscita di ogni braccio è uguale — con conseguente uscita di 0 V (poiché i punti di uscita sono a metà strada tra i divisori).
Quando viene applicata una forza esterna: il valore di un resistore cambia, alterando la tensione sul suo braccio. Questo crea una piccola differenza di tensione ai terminali di uscita.

Come usare un sensore di pesatura

La tensione di uscita del sensore è estremamente piccola e proviene da una sorgente ad alta impedenza (il divisore di resistori). Per leggere questa tensione con precisione, è necessario il condizionamento del segnale:

Il circuito necessita di alta impedenza di ingresso (per evitare effetti di carico sul divisore).
Necessita di elevata reiezione di modo comune (poiché la tensione assoluta di ogni braccio è la metà della tensione di eccitazione).
Necessita di alto guadagno differenziale (per amplificare la piccola differenza di tensione).

Questo viene tipicamente fatto con un amplificatore di strumentazione (ad esempio, AD620 con un guadagno di 100): 1 mV di tensione di ingresso diventa 100 mV di uscita. Ad esempio, se l'uscita a fondo scala del ponte è ±25 mV, l'amplificatore emette ±2,5 V.

Sensori di pesatura a segnale digitale

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Struttura interna e principio di funzionamento del sensore di pesatura/tensione

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