Guia para Seleção de Células de Carga

Uma célula de carga é um componente essencial que converte sinais de massa em sinais elétricos mensuráveis, amplamente utilizada em metrologia industrial, balanças eletrônicas, linhas de produção automatizadas, logística e armazenagem, e outros cenários. O cerne da seleção está em adequar às necessidades reais — evitando desperdício de custos por buscar parâmetros excessivamente elevados, bem como prevenindo imprecisão e instabilidade causadas por parâmetros insuficientes. Abaixo está um processo sistemático e prático de seleção, combinando parâmetros-chave, adaptação ao cenário e sugestões práticas para ajudar a realizar uma escolha precisa.

Passo 1: Esclarecer os Requisitos Principais e os Cenários de Aplicação (Base da Seleção)

Antes da seleção, é necessário definir "o que medir, em qual ambiente medir e como instalar", o que constitui o pressuposto para a seleção subsequente dos parâmetros:

1. Requisitos Principais de Medição

• Objeto medido: Sólido (bloco/granular), líquido ou gás? É corrosivo ou viscoso (por exemplo, líquido aderindo ao sensor)?
• Faixa de medição (capacidade): Especifique o valor máximo de pesagem (incluindo o objeto medido + recipiente/suporte e outros pesos auxiliares) e reserve um fator de segurança de 1,2~1,5 vezes (para evitar danos ao sensor causados por cargas de impacto ou sobrecarga). Exemplo: Se a pesagem máxima real for 50 kg, deve-se selecionar um sensor com faixa de 60~75 kg; para pesagem dinâmica (por exemplo, materiais em uma linha de montagem), recomenda-se reservar um fator de segurança de 1,5~2 vezes (para lidar com impactos).
• Requisito de precisão de medição: É para liquidação comercial (exigindo certificação metrológica legal), monitoramento de processo (permitindo certo erro) ou medição laboratorial de alta precisão? Exemplo: balanças eletrônicas para precificação precisam atender à exatidão da Classe III OIML (erro ≤ ±0,1%), sistemas industriais de dosagem geralmente têm requisito de exatidão de ±0,05%~±0,1%, e pesagem comum em armazéns pode ter erro de ≤ ±0,5%.
• Requisito dinâmico/estático: É pesagem estática (por exemplo, balanças de plataforma, pesagem de tanques) ou pesagem dinâmica (por exemplo, balanças de correia, linhas de classificação de alta velocidade)? Cenários dinâmicos exigem ênfase na "velocidade de resposta".

2. Condições de instalação e espaço

• Método de carregamento: Tração (por exemplo, pesagem suspensa), compressão (por exemplo, apoio de balança de plataforma) ou força de cisalhamento (por exemplo, instalação por viga em balanço)?
• Espaço de instalação: As dimensões externas do sensor (comprimento, diâmetro, espaçamento dos furos de montagem) são compatíveis com a estrutura do equipamento? Exemplo: sensores finos são adequados para espaços reduzidos (por exemplo, balanças eletrônicas pequenas), e sensores tipo coluna/ponte são necessários para pesagem de tanques grandes (alta capacidade de carga e ocupação mínima de espaço).
• Número de instalações: Pesagem em ponto único (por exemplo, balanças de plataforma pequenas, 1 sensor) ou pesagem em múltiplos pontos (por exemplo, silos grandes, balanças de plataforma, 3~4 sensores em paralelo)? A pesagem em múltiplos pontos exige a seleção de sensores "interligáveis" para garantir uma distribuição uniforme da força.

3. Condições Ambientais (Fator Chave que Afeta a Estabilidade do Sensor)

• Temperatura: Faixa de temperatura do ambiente operacional (-40℃~85℃ é convencional; cenários de alta temperatura, como perto de fornos, exigem tipos resistentes ao calor, e cenários de baixa temperatura, como câmaras frias, exigem tipos com compensação para baixas temperaturas). Observação: A deriva térmica afetará a precisão, portanto selecione sensores com função de "compensação de temperatura" (a faixa de compensação deve cobrir a temperatura ambiente real).
• Umidade/proteção: Será utilizado em ambientes úmidos (por exemplo, lavagem em oficinas, chuva ao ar livre), empoeirados ou corrosivos (por exemplo, oficinas químicas, líquidos ácidos ou alcalinos)? Defina com nível de proteção IP: ≥IP67 (proteção contra poeira e imersão temporária) para ambientes externos/úmidos, ≥IP68 (proteção contra poeira e imersão prolongada) para ambientes corrosivos, e selecione materiais resistentes à corrosão (por exemplo, aço inoxidável 316L).
• Fatores de interferência: Há vibrações (por exemplo, em linhas de produção, próximas a máquinas-ferramenta) ou interferência eletromagnética (por exemplo, próximas a inversores de frequência, motores)? Para cenários com vibração, selecione sensores com design "antivibração"; para cenários com interferência eletromagnética, selecione sensores com fios blindados e certificação EMC.

Passo 2: Selecionar Tipo de Sensor (Correlacionar Cenários pelo Princípio/Estrutura)

O tipo de célula de carga é determinado pelo princípio central e pela estrutura. Diferentes tipos apresentam diferenças significativas nos cenários adaptáveis, portanto, a seleção deve ser baseada em "método de carregamento, precisão e ambiente":

Sugestões de Seleção Chave:

• Para a maioria dos cenários industriais (pesagem estática, requisito de precisão ±0,01%~±0,5%), priorize o tipo com célula de carga por extensômetro (maior custo-benefício e adaptabilidade);
• Para pesagem dinâmica (velocidade de resposta < 10 ms), selecione o tipo piezoelétrico ou o tipo de extensômetro de alta velocidade;
• Para medições de alta precisão em laboratório, selecione o tipo com balança de força eletromagnética;
• Para ambientes de alta temperatura/forte vibração/forte corrosão, selecione o tipo com extensômetro com materiais especiais (por exemplo, aço inoxidável 316L, corpo elástico cerâmico) ou tipo capacitivo.

Etapa 3: Confirmar os Parâmetros Técnicos Principais (Correspondência Exata aos Requisitos)

Após definir o tipo, refine os parâmetros técnicos para evitar "excesso de parâmetros" ou "insuficiência de parâmetros":

1. Parâmetros Relacionados à Precisão (Indicadores Principais que Determinam a Precisão da Medição)

• Erro combinado (não linearidade + histerese + repetibilidade): Durante a seleção, é necessário atender à condição "erro combinado ≤ erro exigido real". Exemplo: Se o erro exigido ≤ ±0,1%, o erro combinado do sensor deve ser ≤ ±0,05% (reserva de redundância).
• Sensibilidade: Sinal de saída correspondente à unidade de peso (por exemplo, 2mV/V), indicando a "capacidade de detecção" do sensor. Recomendação: Boa consistência de sensibilidade (desvio de sensibilidade dos sensores na mesma partida ≤ ±0,1%) para facilitar a correspondência de sinais em pesagem multiponto; o sinal de saída deve corresponder à faixa de entrada dos amplificadores e coletores de dados subsequentes (por exemplo, faixa de entrada do amplificador 0~10V, sensibilidade do sensor 2mV/V, alimentação 10V, saída máxima 20mV, portanto o amplificador precisa ter função de amplificação de sinal).
• Deriva do zero: Alteração no sinal de saída do sensor ao longo do tempo/temperatura sem carga (por exemplo, ±0,01%FS/℃). Quanto menor a deriva, melhor a estabilidade a longo prazo.

2. Parâmetros de adaptação ambiental

• Faixa de compensação de temperatura: Deve abranger a temperatura de operação real (por exemplo, -10 ℃~60 ℃), caso contrário a precisão cairá significativamente.
• Nível de proteção (IP): Selecionar conforme o ambiente (mencionado anteriormente).
• Observação: IP67 pode prevenir imersão de curta duração (1 m de profundidade por 30 minutos), IP68 pode prevenir imersão prolongada e IP69K pode prevenir jatos de alta pressão (por exemplo, limpeza em fábricas de alimentos).
• Capacidade anti-interferência: Em cenários com interferência eletromagnética, selecione sensores com cabos blindados (por exemplo, pares trançados com blindagem) e certificação CE/EMC; em cenários com vibração, selecione sensores com "nível anti-vibração" ≥ frequência de vibração real (por exemplo, frequência de vibração ≤50 Hz, nível anti-vibração do sensor ≥100 Hz).

3. Sinal de Saída e Alimentação

• Tipo de sinal de saída: Deve ser compatível com os equipamentos subsequentes (amplificadores, CLPs, displays):
  • Sinais analógicos (mainstream): Sinais de tensão (por exemplo, 0~5V, 0~10V), sinais de corrente (4~20mA, adequados para transmissão de longa distância, forte imunidade a interferências), sinais diferenciais (por exemplo, 2mV/V, exigem conversão por amplificador);
  • Sinais digitais (RS485, barramento CAN, protocolo Modbus): Alta imunidade a interferências, podem ser conectados diretamente a CLPs/computadores sem amplificadores, adequados para pesagem multiponto (por exemplo, 4 sensores em rede paralela).
• Tensão de alimentação: Convencionalmente é 5V, 10V, 24V CC. Garantir uma fonte de alimentação estável (flutuação ≤ ±5%) para evitar sinais de saída instáveis causados por variações de tensão.

4. Parâmetros de Estrutura e Instalação

• Estrutura externa: Selecionar conforme o método de carga e o espaço disponível:
  • Tipo viga em balanço: Adequado para balanças de plataforma, balanças eletrônicas de bancada (suporte único/duas pontas, fácil instalação, faixa de 1kg~5t);
  • Tipo ponte/coluna: Adequado para tanques grandes, balanças rodoviárias (alta capacidade de carga, faixa de 10t~1000t, boa resistência a cargas excêntricas);
  • Tipo de tração S: Adequado para pesagem suspensa (por exemplo, guindastes, pesagem suspensa de funis, faixa de 10 kg a 50 t, medição bidirecional de tração/compressão);
  • Tipo fino/micro: Adequado para espaços estreitos (por exemplo, pequenas balanças eletrônicas, equipamentos médicos, faixa de 1 g a 10 kg).
• Interface de instalação: O tipo de furo de montagem do sensor (furo roscado, furo passante) e o espaçamento devem corresponder ao suporte do equipamento para evitar "erro de carga excêntrica" causado por desvio na instalação (força desigual que afeta a precisão).

Passo 4: Evitar erros de seleção e prestar atenção aos detalhes práticos

1. Erros comuns de seleção

• Erro 1: Buscar "quanto maior a precisão, melhor"—sensores de alta precisão têm custos mais elevados e exigem condições ambientais e de instalação mais rigorosas (por exemplo, sensores de laboratório podem perder precisão devido a vibrações em oficinas industriais);
• Erro 2: Faixa exatamente igual aos requisitos — sem margem de segurança, o que facilita danificar o sensor devido a impactos ou sobrecarga (por exemplo, sobrecarga instantânea causada pela queda de material);
• Erro 3: Ignorar o impacto da carga excêntrica — em pesagem multipontos (por exemplo, uma plataforma sustentada por 4 sensores), não selecionar sensores "antecarga excêntrica" resulta em resultados de pesagem inconsistentes em diferentes posições da plataforma;
• Erro 4: Desprezar a compatibilidade do sinal — o sinal de saída do sensor é incompatível com o amplificador/PLC, exigindo módulos adicionais de conversão, aumentando custos e pontos de falha.

2. Observações Práticas

• A pesagem multipontos exige "compatibilidade em ponte": quando múltiplos sensores são conectados em paralelo, selecione sensores com sensibilidade e impedância de saída consistentes (desvio ≤ ±0,1%) e utilize uma caixa de junção dedicada (para equilibrar os sinais);
• Adaptação do material ao ambiente: selecione aço inoxidável 304 para cenários comuns, 316L ou cerâmica para ambientes corrosivos e liga Inconel para ambientes de alta temperatura;
• Calibração e manutenção: para cenários de liquidação comercial, selecione sensores que sejam "calibráveis" e que tenham passado por certificações legais como OIML e NTEP; para cenários industriais, considere o ciclo de calibração (por exemplo, uma vez por ano) e selecione sensores com processos de calibração simples;
• Qualificações do fornecedor: priorize fornecedores com experiência no setor e suporte técnico (por exemplo, orientação de instalação, depuração de sinal) para evitar sensores de baixo custo e baixa qualidade (utilizáveis a curto prazo, mas com grande deriva a longo prazo e vida útil curta).

Exemplos de Seleção por Cenário Típico (Referência Rápida)

Resumo: Lógica Central de Seleção

A essência da seleção de células de carga é o casamento escalonado de "requisitos → tipo → parâmetros → detalhes": primeiro esclarecer "o que medir, onde medir e como instalar", depois selecionar o tipo de sensor adequado e, finalmente, implementá-lo com precisão por meio dos parâmetros principais (capacidade, precisão, proteção, sinal), evitando erros e prestando atenção aos detalhes práticos (por exemplo, instalação, calibração, compatibilidade).

Se você tiver dúvidas sobre parâmetros específicos, pode fornecer as seguintes informações para consultar o fornecedor:

① Valor máximo de pesagem (incluindo peso auxiliar);

② Requisito de precisão;

③ Condições de temperatura/umidade/corrosão durante a operação;

④ Método de instalação (tração/compressão/tamanho do espaço);

⑤ Equipamentos conectados subsequentes (por exemplo, modelo do PLC, tipo de amplificador), e o fornecedor pode fornecer recomendações específicas.