La celda de carga es uno de los elementos más importantes de una báscula electrónica, ya que se encarga de traducir la fuerza en una señal de voltaje (celda de carga analógica) o en un valor digital (celda de carga digital). La celda de carga analógica con galgas extensométricas es la que se utiliza más comunmente y es la que trataré de explicar en este breve artículo.
Principio de Funcionamiento
Las celdas de carga consisten en un metal que sufre una deformación conforme se le aplica una fuerza. Este metal se calcula para soportar un rango de fuerza (que va desde cero fuerza hasta la capacidad máxima) ya sea a tensión, compresión o ambos. La deformación se realiza en la "parte elástica", esto es lo que limita la capacidad de una celda de carga. Al momento de sobrepasar la parte elástica del metal, sufre una deformación permanente, así como un resorte que se estira de más y ya no regresa a su punto inicial (cuando detecta cero fuerza).
Galgas Extensométricas y el Puente de Wheatstone
Al metal, se le adhieren galgas extensométricas. Las galgas extensométricas consisten en un metal que al flexionarse varía su resistencia. Las galgas se conectan en un arreglo de puente de wheatstone, de tal forma que al alimentarse con un voltaje entregan una señal de voltaje proporcional a la fuerza aplicada. La señal de voltaje entregada es en el orden de milivolts. Éste voltaje se representa comunmente proporcional al voltaje de alimentación y a máxima carga (capacidad de la celda), por ejemplo 2mV/V nominal. Quiere decir que si se alimentan con 10Vdc la señal que se va a tener a la capacidad máxima es de 20mV. En el caso ideal, la señal es lineal, esto es, para el ejemplo anterior si se aplica el 50% de la capacidad se tendrán 10mV y si se aplica cero fuerza se obtendrían 0mV.
De la Señal a las Unidades de Peso
La señal de la celda se lleva a un convertidor análogo-digital para convertirla a un valor numérico digital, este valor se multiplica por un factor para convertirlo a unidades de pesaje kg, lb, etc. En sí, las básculas miden la fuerza que genera un objeto y como la Fuerza es igual a la Masa por la aceleración (F=m.a) y la aceleración es una constante (la gravedad de la tierra) se puede decir que la Masa es directamente proporcional a la Fuerza. El factor es el que se ajusta en una calibración de ganancia.
Sistemas con Múltiples Celdas
En el caso de las plataformas que contienen más de una celda de carga, la capacidad se suma, sin embargo la señal en milivolts a máxima carga (con la suma de la capacidad) permanece igual (al utilizar caja de sumas). Por ejemplo, para una plataforma con 4 celdas de carga de 1,000kg, con salida de 2mV/V c/u, al alimentarlas con 10Vdc se obtendrán 20mV al tener 4,000kg. Es por eso que en un indicador digital de peso, la resolución normalmente se especifica en divisiones de la capacidad máxima, esto es, la resolución depende de la capacidad de la(s) celda(s) de carga utilizada(s) y no se puede dar en unidades de pesaje.