Misuratore di forza

Consigli per l'acquisto di un misuratore di forza

Come regola generale, una forza è visibile solo quando provoca cambiamenti. Non vediamo la forza, ma il suo effetto. Tuttavia, questo effetto non dipende solo dall'altezza e dalla direzione della forza, ma anche dalle influenze che la contrastano. Per poter determinare e comparare le forze in modo oggettivo sono stati sviluppati vari metodi e dispositivi di misurazione della forza. Su un misuratore di forza con display analogico, la forza da misurare muove un puntatore lungo una scala. Un misuratore di forza con display digitale visualizza i valori misurati come grafico o valore numerico su un display elettronico. Molti di questi dispositivi possono anche memorizzare i risultati in formato elettronico o trasmetterli direttamente a un computer o altri dispositivi tramite un'interfaccia.

L'unità di forza utilizzata a livello internazionale è il Newton. Si applica anche alla forza del peso causata dalla gravità. Tuttavia, nella vita quotidiana come in medicina o per la misurazione di un carico, il termine "peso" viene spesso utilizzato con l'unità chilogrammo; anche le altre forze sono specificate in chilogrammi. Per questo motivo esistono molti modelli di misuratori di forza che visualizzano i valori di misura in grammi o chilogrammi. In inglese il riferimento alla forza è indicato da una f di forcé (forza), dove l'abbreviazione non è kg ma kgf. Una forza di un chilogrammo (kg o kgf) corrisponde a circa 10 (9,81) Newton e un Newton a circa 100 (102) grammi. Il campo di misura, le fasi di visualizzazione e l'accuratezza dipendono dal principio di misura e dal trasduttore di forza utilizzato. Ad esempio, un misuratore di forza digitale di una determinata serie di modelli può misurare da 0,000 a 5.000 Newton con una risoluzione di 0,001 Newton e un altro misuratore di forza della stessa serie di modelli può misurare fino a 100.000 Newton con una risoluzione di 10 Newton.

Un misuratore di forza può deteriorarsi per l’uso di forze troppo elevate, ma anche per un carico errato con punto di applicazione della forza errato, direzione della forza errata o carichi dinamici aggiuntivi che non sono stati presi in considerazione. Pertanto, la grandezza e la direzione delle forze hanno un ruolo importante nella scelta del dispositivo. Inoltre, molti dei dispositivi funzionano in modo affidabile solo se vengono mantenute determinate condizioni operative. Per alcune applicazioni esiste un'ampia scelta di diversi tipi di dispositivi, per altri, tuttavia, entrano in gioco solo poche varianti di dispositivi o è addirittura necessario sviluppare adattamenti speciali o soluzioni speciali per ogni caso.

I misuratori di forza sono utilizzati per un'ampia gamma di lavori di misurazione. Di seguito spieghiamo quale misuratore di forza è il dispositivo giusto per lei e cosa considerare quando lo si seleziona.

Il misuratore di forza viene utilizzato in molti lavori di misurazione. Noi siamo in grado di consigliarle il misuratore di forza più adeguato alle sue esigenze e le condizioni da tener presente al momento della scelta.

Criteri di selezione del misuratore di forza

Tra i tanti misuratori di forza disponibili, è possibile limitare la selezione utilizzando i seguenti criteri:

1. Che tipo di forza deve misurare con il misuratore di forza?
2. Quali sono i campi di applicazione del misuratore di forza?
3. Esistono condizioni ambientali particolari da considerare?
4. Come devono essere visualizzati e analizzati i risultati delle misurazioni?
5. Quali sono le forze massime che agiscono sul misuratore di forza?
6. Quanta precisione è necessaria?
Se nessun misuratore di forza della nostra gamma risponde alle sue necessità, si può sempre elaborare una soluzione individuale. Ciò si riferisce sia al design del dispositivo che alle funzioni speciali del software.

Che tipo di forza si deve misurare con il misuratore di forza?

A seconda del tipo di misurazione da fare, si dovrà utilizzare un misuratore di forza con i sensori appropriati. Pertanto, la prima domanda a cui deve rispondere l'utente riguarda il tipo di applicazione della forza. Le applicazioni più comuni sono:

- Misuratore di forza per misure di trazione
- Misuratore di forza per misure di compressione
- Misuratore di forza per misure di trazione e compressione
- Misuratore di forza per misure di coppia

Campi di applicazione del misuratore di forza

Un misuratore di forza può essere utilizzato in laboratorio, durante la produzione o anche su prodotti o componenti installati. Per le misurazioni in laboratorio, è possibile integrare il misuratore di forza in una macchina per prove di forza, che semplifica le misurazioni. Quando si seleziona il misuratore di forza e soprattutto l'unità di applicazione della forza, tenere conto dello spazio disponibile
Un misuratore di forza è solitamente costituito da un sensore di forza e da un'unità di visualizzazione. A differenza di un misuratore di forza meccanico, i due componenti del misuratore di forza digitale con sensore esterno possono essere facilmente separati. Esistono misuratori di forza in cui il sensore, ovvero l'unità di acquisizione della forza, può essere facilmente modificato per diverse attività di misurazione. Il design dei sensori è molto versatile. Alcuni sensori dei misuratori di forza misurano la forza in più direzioni, come la tensione e la compressione lungo un asse o la misurazione simultanea di più assi di forza.
Poiché il peso è una forza, le bilance sono anche strumenti per misurare la forza. Alcune bilance consentono di selezionare l'unità Newton, mentre in tutte in tutte le altre è possibile convertire i chilogrammi unitari in Newton.

Molti misuratori di forza possono essere dotati di adattatori speciali. Questi adattatori consentono, ad esempio, l'aggancio o il bloccaggio sicuro di diversi campioni per prove di trazione o misurazione della pressione su superfici definite.
Quando si usa un misuratore di forza è molto importante tenere sempre presente la sicurezza. Se necessario, installare una protezione o modificare la disposizione di misurazione in modo che non si verifichi alcun pericolo.

Influenza delle condizioni ambientali nel misuratore di forza

In base al principio di misurazione, un misuratore di forza può misurare correttamente determinate condizioni ambientali in rapporto alla temperatura e umidità ambientali ed aree con rischio di esplosione. Esistono grandi differenze tra un misuratore di forza per l'analisi delle proprietà elettriche e un misuratore di forza con funzionamento meccanico.

Visualizzazione ed elaborazione dei risultati nel misuratore di forza

Il misuratore di forza visualizza il valore corrente in modo analogico mediante un puntatore su una scala o in forma digitale con valore numerico su display elettronico. Anche semplici misuratori di forza con molle a trazione possono mostrare il valore massimo di una serie di prove separate.
Ma il misuratore di forza digitale offre molte altre possibilità, compresa la registrazione di vari valori misurati, la valutazione dei risultati utilizzando funzioni statistiche e il trasferimento dei dati a un software per PC per visualizzare e memorizzare i valori in forma di tabella e in grafico. Alcuni misuratori di forza digitali dispongono di una funzione di allarme visivo o acustico integrata che si attiva quando vengono superati i valori limite alto e basso. Per il controllo di processo è possibile dotare uno misuratore di forza speciale di contatti di commutazione.
Per la visualizzazione grafica dei risultati è necessario tenere in considerazione la massima frequenza di campionamento possibile del misuratore di forza, ovvero l'intervallo di tempo in cui vengono acquisiti i valori di misura. Maggiore è la frequenza di acquisizione, più accurata sarà la visualizzazione della curva.

L'immagine mostra due misuratori di forza con differenti frequenze di campionamento. Il misuratore di forza con i valori contrassegnati in verde ha una frequenza di campionamento 10 volte superiore al misuratore di forza con le marcature rosse.

Quando si confrontano i misuratori di forza, bisogna anche considerare se registrare o elaborare i dati misurati individualmente o se il dispositivo calcola un valore medio da un certo numero di valori misurati.

Qual è la forza massima che può agire sul misuratore di forza?

Il misuratore di forza può sopportare una forza di carico di un determinato valore. Se la forza esercitata è superiore, non sarà possibile per il misuratore di forza ottenere risultati affidabili. E se non è protetto da sovraccarico, si potrebbe danneggiare irreparabilmente la cella di carico. La forza massima è direttamente relazionata con la precisione raggiungibile dal misuratore di forza. I misuratori di forza con lo stesso design, ma con range di misura basso, hanno maggiore risoluzione.

Che precisione deve avere il misuratore di forza?

La precisione richiesta varia a seconda dell'uso previsto. Tenere presente che la precisione e la risoluzione non sono valori identici. In un misuratore di forza con risoluzione molto alta, la precisione può essere varie volte superiore alla risoluzione.

Principi di misurazione dei misuratori di forza

Misuratori di forza a molla

Il misuratore di forza a molla è un dispositivo semplice ed economico fino a un campo di misura di 500 N (50 kg). Questo tipo di misuratore di forza è anche chiamato bilancia a molla ed è ancora utilizzato nell'industria, nella ricerca, nell'istruzione e nelle strutture sanitarie. Durante la misurazione, la molla incorporata nel misuratore di forza viene compressa o tirata. La molla può percorrere solo una distanza definita sotto l'effetto delle forze corrispondenti. Il misuratore di forza mostra all'utente la distanza percorsa come valore in Newton.

Misuratore di forza idraulico

Alcuni misuratori di forza meccanici possono misurare e visualizzare la forza utilizzando flusso idraulico. I sensori idraulici possono misurare forze da pochi Newton a molti kilo-newton, a seconda del modello. Un misuratore di forza idraulico utilizza un pistone su cui agisce la forza. Per indicare la forza esercitata si utilizza un manometro, un trasmettitore di pressione o un manometro con dispositivo di contatto. Il misuratore di forza idraulico è robusto e non richiede alimentatore.

Misuratore di forza estensimetro

Per misurare la forza il misuratore di forza estensimetro utilizza la variazione della resistenza elettrica con la deformazione dei fili. La compressione riduce la resistenza elettrica mentre l'allungamento la aumenta. Un filo di resistenza a spirale è saldato su una striscia di foglio di alluminio e attaccato al corpo di deformazione in cui viene introdotta la forza. Il collegamento incrociato delle resistenze migliora il segnale di uscita e la precisione della misurazione. Il misuratore di forza estensimetro può avere diverse forme geometriche.

Estensimetro a filo vibrante

Le cinghie di trasmissione delle macchine o le corde tese degli strumenti musicali vibrano in modo differente a seconda della tensione applicata. La durata della vibrazione può essere misurata attraverso la frequenza ottica. Un estensimetro per misurare la tensione delle cinghie è chiamato anche Trummeter.

Misuratore di forza con compensazione elettromagnetica

Nel misuratore di forza con compensazione elettromagnetica, una bobina mobile è situata in un campo magnetico. La corrente che scorre nella bobina è proporzionale alla forza che agisce su di essa. Tale principio è utilizzato, ad esempio, nelle bilance di precisione.

Misuratore di forza con elementi piezoelettrici

Quando si applica la forza, si genera una carica negli elementi piezoelettrici proporzionale alla forza. Poiché questa carica si scarica, il principio è particolarmente adatto per le forze dinamiche. Le forze altamente dinamiche fino a 100 Hz possono essere misurate con un misuratore di forza. Una disposizione sfalsata di diversi dischi consente anche misurazioni della forza multi-asse.

Esempi di applicazioni speciali

Misuratore di forza per il controllo delle forze di porte e cancelli.
Nonostante gli esempi negativi e l'aggiornamento delle norme di prevenzione dei rischi, continuano a verificarsi incidenti con lesioni personali a porte e cancelli malchiusi. Si tratta soprattutto di porte e cancelli motorizzati, comprese porte girevoli e scorrevoli, oltre a tutti i tipi di cancelli a chiusura verticale, come porte basculanti e avvolgibili.

Le forze di chiusura devono essere limitate per tutte le porte e cancelli motorizzati che non sono completamente protetti da un interruttore uomo morto, bordi di sicurezza attaccati al bordo di chiusura o dispositivi di protezione senza contatto, come le barriere fotoelettriche. Il controllo viene effettuato da persone qualificate con un misuratore di forza adatto. Le norme DIN EN 16005 e DIN EN 12453 definiscono le condizioni di misurazione e i limiti del livello delle forze statiche e dinamiche e la loro durata d'azione. Un misuratore di forza utilizzato per controllare le forze di chiusura, quindi, deve essere in grado di registrare l'altezza massima e anche l'andamento temporale della forza agente.

I requisiti del misuratore di forza specificati nella norma DIN EN 18650 parte 1 paragrafo 6.2.2 includono:

- L’applicazione della forza attraverso una superficie di misura rotonda con rigidità di 500 N/mm²
- La frequenza di misurazione di almeno 200 Hz per 5 secondi
- La possibilità di misurare forze di 25… 2000 N
- La precisione della misurazione deve essere almeno ± 5% rispetto al campo di misurazione

Oltre alla sicurezza, svolge un ruolo importante anche la maneggevolezza delle porte nell'uso quotidiano. Le porte moderne che rispondono a requisiti speciali per la protezione acustica, termica e antincendio, devono essere facili da aprire e chiudere a prescindere da queste funzioni. Soprattutto nel caso di edifici pubblici e di quelli destinati ad un gruppo di utenti con limitazioni fisiche, si deve garantire che le forze di azionamento delle porte siano conformi alle norme per edifici senza barriere.

Misuratore di forza per controllare cavi e funi
I cavi sono barre metalliche lunghe e sottili con sezione trasversale costante, di solito rotonda, mentre le funi sono costituite da più fili di fibre naturali o sintetiche intrecciate tra loro. Cavi e funi svolgono importanti funzioni di carico o trasmissione in molte aree. Ci sono campi di applicazione con cavi o funi rigide, ma anche cavi o funi che si muovono secondo quanto previsto. Che si tratti di cavi ad alta tensione o ferroviari, in edifici, ponti, funivie, ascensori, gru o altre macchine, i test prima e dopo l'installazione hanno lo scopo di garantire che cavi e funi possano svolgere le loro funzioni in totale sicurezza. I nuovi cavi vengono testati prima dell'installazione con una macchina per prove di trazione o con un misuratore di forza adatto su dispositivi speciali. La ISO 2307:2019 e gli standard EN ISO 2307: 2019 e DIN EN ISO 2307: 2019-12 "Funi in fibra - Determinazione di proprietà fisiche e meccaniche" specificano, tra l'altro, i metodi per misurare la forza di rottura e allungamento della fune in tensione.

Per la misurazione della forza di trazione in cavi o funi tese, può essere utilizzato un misuratore di forza mobile progettato proprio per la misurazione della forza delle funi, configurabile in modo tale che la fune sia guidata dai tre rulli del misuratore di forza. Questi misuratori speciali per cavi sono disponibili per diversi campi di forza, diametri del cavo e con diverse lunghezze della distanza di misurazione. Per montare il dispositivo sono comunque necessari libero accesso e spazio sufficiente. Se lo spazio è limitato, è possibile utilizzare un misuratore di forza con trasduttore di forza ad anello o un bloccante. Sono adatti anche per il controllo continuo delle forze in funi già installate.