ITMI20070203A1 - Modulo di pesatura per carichi elevati - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“MODULO DI PESATURA PER CARICHI ELEVATI”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un modulo di pesatura per carichi elevati.

Per la misura di pesi elevati dell’ordine delle tonnellate e in generale del peso di oggetti di grandi dimensioni, si utilizzano tradizionalmente pese di tipo "a ponte". Grazie alla loro elevata capacità di carico, le pese a ponte sono impiegate nelle fabbriche per la stima del peso di grandi quantità di materiale, e nel settore dei trasporti per il peso di automezzi e del materiale da loro trasportato.

In Fig. 1 è illustrata una pesa a ponte secondo la tecnica nota, indicata con il numero di riferimento 100. La pesa a ponte 100 è costituita da un telaio a travatura reticolare 101 dotato di elevata rigidezza flessionale, sul quale viene collocata la massa da pesare 102 (fino a qualche decina di tonnellate).

La rilevazione del peso della massa 102 collocata sul telaio 101 della pesa a ponte 100, viene effettuata mediante elementi sensibili 103, del tipo a compressione, comunemente chiamati celle di carico estensimetriche. Generalmente nella pesa a ponte 100 sono utilizzate quattro celle di carico 103.

In Fig. 2 è illustrata una cella di carico 103 secondo la tecnica nota. La cella di carico 103 genera un segnale analogico indicativo della compressione che essa subisce. Le celle di carico 103 vengono di solito collegate in parallelo tra loro. 11 segnale analogico generato dalle celle di carico 103 viene convertito in digitale ed inviato ad un indicatore di peso che indica il peso totale della massa allocata sul telaio 101 della pesa 100.

Data la natura di tali celle di carico 103, è necessario garantire che le deformazioni del telaio 101 risultino perpendicolari all’elemento sensibile della cella di carico 103. Questo comporta spesso delle derive nella taratura del sistema. Conseguentemente si ha la necessità di accertare lo stato della taratura stessa con sistemi basati sul principio del confronto con masse campione. Tale accertamento della taratura comporta ovviamente notevoli costi aggiuntivi.

Date le loro dimensioni, le pese a ponte, di norma, sono collocate in spazi aperti, interrate ad una profondità di circa 180 cm, e sono “fisse”, cioè non amovibili, a causa del fatto che la carpenteria viene di solito giuntata in opera. Le pese a ponte sono di solito realizzate in acciaio, ed hanno una massa molto elevata a causa delle dimensioni e del materiale utilizzato. Ciò rende problematico il loro trasporto.

Le operazioni di revisione delle pese tradizionali sono lunghe e difficoltose, essendo necessario smontare l’intera pesa, trasportarne gli elementi in officina, analizzare i singoli componenti, sabbiarli, riverniciarli ed ingrassarli, ritrasportarli nel sito operativo, riassemblare il tutto e procedere ad una nuova taratura.

Le pese a ponte mostrano quindi problemi dovuti alla calibratura, al peso notevole e alle operazioni di revisione. Il fatto stesso che siano elementi di tipo fisso ne limita inoltre gli utilizzi.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota fornendo modulo di pesatura per carichi elevati che sia pratico, versatile, economico e di semplice realizzazione.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale modulo di pesatura per carichi elevati che sia in grado di minimizzare e semplificare le operazioni di taratura, manutenzione e trasporto.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all' invenzione con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il modulo di pesatura secondo l’invenzione comprende una pluralità di elementi di misura distribuiti sulla superficie sulla quale bisogna effettuare la misura. Ciascun elemento di misura comprende un sensore di deformazione disposto entro un blocchetto deformabile, elastico, con modulo elastico noto.

Appaiono evidenti i vantaggi della bilancia secondo l’invenzione.

Infatti questo tipo di sensore di deformazione, comunemente noto con il termine “strain gage”, è normalmente utilizzato nei laboratori di ricerca, per misurare le deformazioni locali dei provini che vengono testati a tensione o a compressione. Pertanto tali sensori oltre ad essere estremamente precisi, sono comunemente reperibili in commercio e molto economici, in quanto utilizzati in grandissima quantità.

Il modulo di pesatura secondo l' invenzione può essere utilizzato per pesi elevati (dell’ordine delle tonnellate), e anche per pesi di grandi dimensioni, quali ad esempio autocarri con rimorchio e simili. Tale modulo di pesatura risulta essere affidabile, resistente, leggero, e trasportabile, a differenza delle celle di carico e gli altri elementi comunemente utilizzati nelle pese a ponte tradizionali.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista schematica laterale e parzialmente in sezione, illustrante una pesa a ponte secondo la tecnica nota;

la Fig. 2 è una vista in prospettiva illustrante una cella di carico per una pesa a ponte secondo la tecnica nota;

la Fig. 3 è una vista tridimensionale schematica di un singolo elemento di misura per la realizzazione del modulo di pesatura secondo l’invenzione;

la Fig. 4A è una vista schematica bidimensionale del singolo elemento di misura di Fig. 3;

la Fig. 4B è una vista schematica bidimensionale dell’elemento di misura deformato con carico distribuito;

la Fig. 4C è una vista schematica bidimensionale dell’elemento di misura con deformazione puntuale per un carico concentrato al centro;

la Fig. 4D è una vista schematica bidimensionale dell’elemento di misura disposto tra due piastre rigide;

la Fig. 5 è una vista schematica bidimensionale del modulo di pesatura secondo l’invenzione

la Fig. 6 è una vista schematica tridimensionale di un circuito elettrico formato dal collegamento di elementi di misura; e

la Fig. 7 è una vista schematica in prospettiva, parzialmente sezionata, illustrante, un modulo di pesatura secondo l’invenzione.

La presente invenzione si basa sulla considerazione che è possibile risalire al peso di un qualsiasi oggetto posto su un piano di materiale e spessore noti, misurando la deformata del piano stesso. Tale operazione, per natura “integrale”, può essere discretizzata tramite l’utilizzo di molti elementi di dimensioni contenute, di materiale il cui modulo elastico sia noto, ognuno dei quali “restituisca” la deformazione subita nella direzione del carico applicato.

In Fig. 3 viene illustrato un singolo elemento di misura, indicato complessivamente con il numero di riferimento 1 , destinato ad essere impiegato per la realizzazione del modulo di pesatura secondo l’invenzione. L’elemento di misura 1 comprende un sensore di deformazione 2 disposto entro un blocchetto 3 di materiale deformabile ed elastico ed avente un modulo elastico noto.

Entro il blocchetto elastico 3 possono essere disposti anche più sensori di deformazione, in modo che la loro azione combinata aumenti la precisione e l’affidabilità complessiva della misura.

Il sensore di deformazione 2 può essere di tipo resistivo o induttivo e comprende un dispositivo 20 in grado di modificare la tensione applicata ai suoi capi quando soggetto ad una sollecitazione di deformazione. Il dispositivo sensibile 20 del sensore preferibilmente è disposto in posizione centrale entro il blocchetto elastico 3 .

Al dispositivo sensibile 20 sono collegati due contatti elettrici 21 le cui estremità 22 sporgono dal materiale elastico del blocchetto 3. In questo modo misurando la tensione ai capi 22 dei due contatti elettrici 21 si può risalire alla deformazione che ha subito il dispositivo sensibile 20 del sensore e quindi anche alla deformazione del blocchetto elastico 3 che contiene il dispositivo sensibile 20. I contatti elettrici 21 sono disposti in posizioni opposte con un angolo di 180° tra loro. Tuttavia essi possono essere disposti anche con un angolo di 90° tra loro. Il blocchetto 3 è realizzato in un materiale elastico, deformabile, quale ad esempio resina epossidica, di cui sia noto il modulo elastico.

Il blocchetto 3 può essere un cubo, un parallelepipedo, un cilindro o comunque un solido avente le facce inferiore e superiore piane e parallele tra loro. Ad esempio il blocchetto 3 è un parallelepipedo a pianta quadrata con un lato di circa 5 cm e un’altezza da 2 a 5 cm.

In Fig. 4A l’elemento di misura 1 viene schematizzato, in modo bidimensionale, in cui il blocchetto 3 è rappresentato da un quadrato ed il sensore 2 da una resistenza. Quando l’elemento di misura 1 non è sottoposto a pesi, la superficie superiore del blocchetto 3 è sostanzialmente piana secondo un piano orizzontale e può essere rappresentata dalla retta S.

Se sulla superficie superiore dell’elemento di misura 1 viene applicato un peso distribuito, essa si deforma in modo tale che, come mostrato dalla curva S di Fig. 4B, tale deformazione della superficie superiore del blocchetto 3 può essere approssimata ad una deformazione costante, rappresentata dalla retta orizzontale C.

In questo caso si ottiene un’approssimazione della deformazione media del blocchetto elastico 3 in generale piuttosto precisa. Infatti, se la deformazione reale viene schematizzata con la curva S e la deformazione approssimata viene schematizzata con la retta C, l’area A tra la curva S e la retta C al di sopra di C è circa uguale all’area B tra la curva S e la retta C al di sotto di C. Questa approssimazione è valida se il carico non è applicato in maniera “troppo puntuale”, e l’elemento di misura 1 non è troppo grande.

Infatti, come mostrato in Fig. 4C, se sul singolo elemento di misura 1 viene applicato un carico puntuale P la sua superficie superiore si deforma con un andamento assimilabile ad una parabola S e quindi l’approssimazione di una deformazione costante come in Fig. 4B non risulta essere valida.

In generale, bisogna considerare che il modulo di pesatura secondo l' invenzione viene utilizzato per veicoli di carico e la ruota di un veicolo ha un’ampia superficie di appoggio, e non esercita carichi puntuali.

Tuttavia, per risolvere l’inconveniente dei carichi puntuali, come mostrato in Fig. 4D, il blocchetto elastico 3 dell’elemento di misura 1 può essere disposto tra due piani rigidi 4 e 5, in modo che la sua deformazione possa essere approssimata sempre ad una deformazione costante, anche nel caso di carico puntuale.

Come mostrato in Fig. 5, il modulo di pesatura secondo l’invenzione, indicato con il numero di riferimento 10, comprende una pluralità di elementi di misura 1 disposti tra una piastra rigida inferiore 4 e una piastra rigida superiore 5, in modo da coprire un’area adeguata, sulla quale si deve effettuare la misura di peso. In questo modo, il modulo di pesatura 10 consente di ottenere una risposta molto precisa, anche in caso di sollecitazioni applicate in aree dello stesso ordine di grandezza o minori di quelle dei singoli elementi di misura 1.

Ciascun sensore 2 fornisce un segnale analogico in termini di variazione di tensione elettrica indicativo della deformazione del blocchetto 3 e quindi del carico di pressione esercitato su di esso. Pertanto, collegando i sensori 2 in serie o in parallelo tra loro, in modo da creare un circuito elettrico, è possibile misurare la variazione di tensione ai capi del circuito e ricavare in modo estremamente semplice il carico totale applicato al modulo di misura 10, essendo nota la geometria iniziale dei singoli blocchetti 3 degli elementi di misura.

In Fig. 6 viene illustrato uno schema tridimensionale di un circuito costituito dal collegamento in serie dei sensori 2 degli elementi di misura 1. Gli elementi di misura sono disposti fianco a fianco, in modo che le estremità 22 dei contatti elettrici 21 dei sensori 2 di due elementi di misura adiacenti vadano a contatto. In questo modo si può realizzare una matrice di elementi di misura atta a coprire una qualsiasi superficie in cui bisogna realizzare la pesata.

I capi 22 dei contatti elettrici degli elementi di misura di estremità sono collegati ad un convertitore analogico digitale 6 che converte in digitale il segnale analogico di tensione inviato dal circuito dei sensori 2 degli elementi di misura. Tale segnale digitale viene inviato ad un indicatore di peso o display 7 che visualizza il peso rilevato dagli elementi di misura 1.

È possibile inoltre concepire il modulo di pesatura 10 in modo che un elemento di misura 1, in tutto simile agli altri, rimanga sempre non caricato. Questo elemento di misura potrebbe essere utilizzato come elemento di taratura automatica rispetto alle variazioni di temperatura, che altrimenti potrebbero inficiare la misura.

In Fig. 7 viene illustrata una forma di realizzazione esemplificativa di un modulo di pesatura 10 secondo l' invenzione. Il modulo di pesatura 10 comprende una piastra di base rigida 4 provvista di una cornice perimetrale 40 che sporge superiormente in modo da definire un’area entro la quale bisogna effettuare la pesata. L’area di pesata può essere, ad esempio, un rettangolo 1 x 2 m, o un quadrato con 1 m di lato, cioè una superficie che può variare da 1 a 2 m<2>. La piastra di base 4 con la cornice 40 può essere realizzata, ad esempio, in un pezzo unico in materiale metallico leggero, quale alluminio.

Entro la cornice 40, sulla piastra di base 4 vengono disposti gli elementi di misura 1 , attestati e affiancati tra loro in modo da formare una matrice che copra l’intera area di pesata. Se si considerano degli elementi di misura con un lato di 5 cm, per coprire l’intera area di pesata sono necessari circa 400 - 800 elementi di misura. Questo non comporta alcun problema economico in quanto l’elemento di misura risulta avere un costo irrilevante. In ogni caso, si può prevedere anche un numero inferiore di elementi di misura opportunamente distribuiti sull’area di pesata.

I sensori 2 degli elementi di misura 1 sono collegati in serie o in parallelo in modo da formare un circuito elettrico.

Sopra la matrice di elementi di misura 1 viene disposta una piastra superiore rigida 5. La piastra superiore deve essere rigida e nello steso tempo leggera. A tale scopo la piastra superiore 5 può essere realizzata in materiale composito internamente cavo. Ad esempio la piastra superiore 5 comprende una struttura centrale a nido d’api 50 disposta a sandwich tra due piastre 51, 52 di spessore sottile. La porzione centrale a nido d’api 50 è realizzata in alluminio o Kevlar® e le due piastre sottili 5 1 , 52 sono realizzate in carbonato o policarbonato.

Bisogna considerare che, considerando un piano di 1 cm di alluminio, con blocchetti continui di 5 centimetri di altezza, e un piano superiore in nido d’ape e fibre di vetro, un modulo di pesatura quadrato con il lato di un metro ha un peso di circa 80 Kg e risulta quindi facilmente maneggiabile da due operatori e trasportabile mediante un comune mezzo di trasporto.

Per effettuare una pesta, ad esempio di un veicolo a pieno carico, si dispongono più moduli di pesatura secondo due binari con interasse uguale a quello del veicolo. Quindi il veicolo viene fatto passare su tali binari e gli elementi di misura dei vari moduli interessati rilevano il peso del veicolo.

Alla presente forma di realizzazione dell’ invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione, espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo di pesatura (10) per carichi elevati, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di elementi di misura (1) distribuiti sulla superficie sulla quale bisogna effettuare la pesatura, ciascun elemento di misura (1) comprendendo almeno un sensore di deformazione (2) disposto entro un blocchetto (3) deformabile, elastico, con un modulo elastico noto.
2. 2. Modulo di pesatura (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sensore di deformazione (2) è di tipo resistivo o induttivo.
3. 3. Modulo di pesatura (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto sensore di deformazione (2) comprende: - un dispositivo (20) che modifica la tensione elettrica applicata ai suoi lati, quando soggetto ad una deformazione, e - contatti elettrici (21) collegati a detto dispositivo (20) e aventi estremità (22) che fuoriescono dal blocchetto elastico (3).
4. 4. Modulo di pesatura (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti elementi di misura sono disposti fianco a fianco, in modo che le estremità (22) dei contatti elettrici dei sensori (2) vadano a contatto tra loro per formare un circuito elettrico con collegamento in serie o in parallelo dei sensori.
5. 5. Modulo di pesatura (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto blocchetto (3) è realizzato in resina epossidica.
6. 6. Modulo di pesatura (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto blocchetto (3) è un parallelepipedo, un cubo o un cilindro con un lato o diametro di circa 5 cm ed un’altezza di circa 2 - 5 cm.
7. 7. Modulo di pesatura (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere una superficie di pesatura di circa 1 -2 m<2>comprendente circa 400 - 800 elementi di misura (1).
8. 8. Modulo di pesatura (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un elemento di misura (1) che rimane sempre non caricato per essere utilizzato come elemento di taratura automatica rispetto alle variazioni di temperatura.
9. 9. Modulo di pesatura (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi di misura (1) sono disposti tra una piastra rigida inferiore (4) ed una piastra rigida superiore (5).
10. 10. Modulo di pesatura (10) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta piastra rigida inferiore (4) è in alluminio e detta piastra rigida superiore (5) è in materiale composito internamente cavo.
11. 11. Modulo di pesatura ( 10) secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta piastra rigida superiore (5) comprende una struttura centrale a nido d’api (50) in alluminio o Klevar® disposta tra due piastre (51, 52) in carbonato o policarbonato di spessore sottile.