Un trasduttore di forza converte le forze misurate che rappresentano forza, peso e pressione in segnali di uscita trasmessi. Questi segnali possono essere inviati a indicatori, controller o sistemi di acquisizione dati collegati a computer. La maggior parte dei trasduttori di forza ha uscite elettroniche, pneumatiche o idrauliche analogiche o digitali, a seconda delle esigenze dell’applicazione. Un trasduttore di forza può essere piccolo come la testa di uno spillo, misurando un semplice grammo di forza (1/28 di oncia) o grande come una colonna di ponte, misurando centinaia di tonnellate (1 tonnellata equivale a 2000 libbre o 909 chilogrammi) .
I primi trasduttori di forza erano idraulici. Cilindri, soffietti o diaframmi convertivano le forze in segnali di pressione che venivano letti sugli indicatori. Un vantaggio dell’idraulica è che gli indicatori in posizioni diverse sulla stessa linea hanno consentito a più persone di ottenere e utilizzare le informazioni contemporaneamente. Un altro è che i sistemi idraulici sono sistemi intrinsecamente sigillati, il che li rende generalmente robusti, affidabili e impermeabili all’acqua e ad altri contaminanti.
Successivamente, sono entrati in uso sistemi di trasduttori di forza con uscite pneumatiche, che hanno consentito una facile integrazione nei sistemi di controllo del processo pneumatico utilizzando la convenzione di uscita universale 3-15 psi. Molti utenti di sistemi idraulici hanno semplicemente installato un trasmettitore di pressione pneumatico nel tubo idraulico dal trasduttore di forza idraulico già in posizione. I trasduttori di forza pneumatici sono stati ampiamente utilizzati anche per controllare direttamente i freni di tensione degli avvolgimenti sulle macchine di laminazione nell’industria della carta.
I progressi nell’arte dei sensori estensimetrici dagli anni ‘1950 hanno cambiato il modo in cui le forze sarebbero state misurate. L’elemento sensibile si basava sulla relazione tra resistenza elettrica e allungamento, torsione o altra distorsione fisica di un filo, una lamina o un film sottile conduttivo dalla sua normale posizione di riposo. Quando questi conduttori sono stati collegati a travi, perni, alberi o piastre, hanno permesso l’implementazione di sistemi di trasduttori di forza altamente precisi, ripetibili e robusti chiamati celle di carico. Sarebbero applicati a ogni area dell’impresa umana, dall’industria e dal commercio ai trasporti, all’assistenza sanitaria, alla ricerca scientifica e all’elettronica personale. Sono utilizzati in bilance, bilance e per misurazioni mediche come la pressione sanguigna.
I sistemi di trasduttori di forza basati su sensori estensimetrici o celle di carico sono generalmente poco costosi da produrre. Includono l’eccitazione della tensione per il sensore e il circuito del ponte di bilanciamento, una sezione dell’amplificatore, il ridimensionamento e l’elettronica di condizionamento per l’uscita. Le uscite analogiche possono variare da tensioni di corrente continua (DC) che predominano applicazioni scientifiche, mediche e di difesa, a uscite di corrente DC standard di 4-20 milliampere per sistemi di controllo industriali. I trasduttori di forza collegati direttamente a computer e multiplexer possono incorporare interfacce seriali RS-232, connessioni USB (Universal Serial Bus) e autostrade dati industriali come Modbus®. Le bilance per alimenti nelle cucine delle persone a dieta oi manometri digitali per la pressione dei pneumatici sui portachiavi incorporano entrambi trasduttori di forza in miniatura con semplici display a cristalli liquidi (LCD).