Cảm Biến Lực Loadcell Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động, Phân Loại Và Ứng Dụng

I. CẢM BIẾN LỰC LOAD CELL LÀ GÌ?

   Cảm biến lực (hay còn gọi là Load cell) được sử dụng để đo trọng lượng hoặc lực tác dụng. Nó chuyển đổi lực cơ học (dù là lực kéo, nén hay áp suất) thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này có thể được xử lý và hiển thị trên các thiết bị đo lường.

Cấu tạo của Load cell

Dưới đây là cấu tạo điển hình của một Load cell:

Phân loại Load cell

Load cell có rất nhiều loại khác nhau dựa trên hình dạng và nguyên lý hoạt động của chúng. Dưới đây là một số loại phổ biến của load cell:

Beam load cell (dạng dầm) thường được ứng dụng trong việc cân bồn/ chứa và cân sàn. Loại này có 3 loại chính: bending beam (dầm uốn), single-ended shear beam (dầm cắt một đầu) và double-ended shear beam (dầm cắt hai đầu). Bending beam load cell là một lựa chọn tiết kiệm chi phí và phù hợp cân vật có tải trọng thấp. Loại này được thiết kế với một dầm sẽ uốn cong khi lực tác động, cho phép đo khối lượng hoặc lực chính xác. Single-ended shear beam load cell phần đầu thân sẽ được gắn cố định vào khung, đế hoặc bệ của thiết bị, trong khi lực tác động lên đầu còn lại. Thiết kế này giúp load cell đo chính xác các thay đổi lực theo phương vuông góc với dầm. Double-ended shear beam load cell được cố định ở cả 2 đầu và lực được tác động vào giữa load cell. Đặc biệt phù hợp để đo tải trọng từ trung bình đến lớn.
Single point load cell (dạng thanh) là dạng nén với tải trọng nhỏ hơn. Được thiết kế đặc biệt để ứng dụng trong các loại cân như cân siêu thị, cân bàn, cân kiểm tra trọng lượng. Loại này nổi tiếng với khả năng bù mô-men. Cấu trúc thân load cell được điều chỉnh và các cảm biến biến dạng (strain gauge) được sắp xếp sao cho có thể đo khối lượng chính xác bất kể vị trí của tải trên mặt cân. Khả năng linh hoạt này giúp load cell cung cấp kết quả đo lường ổn định và chính xác ngay cả khi tải trọng không được đặt ở trung tâm.
Pancake load cell (dạng màng cắt) thường được sử dụng trong các môi trường sản xuất, đặc biệt là trong ngành sản xuất ô tô. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc đo độ bền và xác định giới hạn hỏng sản phẩm trong quá trình thử nghiệm độ bền. Ngoài ra, chúng rất phù hợp để đo lực trong các hệ thống ép như thiếp bị ép hoặc máy ép. Dạng này được thiết kế để sử dụng linh hoạt. Chúng có thể được kẹp giữa hai bộ phận để đo chính xác lực nén. Ngoài ra, trong các ứng dụng đo lực căng, load cell này có thể được sử dụng bằng cách tận dụng các lỗ ren được thiết kế sẵn.
Canister load cell (dạng trụ) là một thiết kế lâu đời trong lĩnh vực cảm biến. Loại này rất phù hợp cho các yêu cầu về tải trọng cao, đặc biệt là trong cân xe tải và cân đường sắt. Có 2 loại chính: loại chỉ đo nén và loại đo cả nén và kéo. Loại chỉ đo nén chủ yếu dùng để đo các lực nén, trong khi loại có khả năng đo cả nén và kéo có thể đo chính xác cả hai loại lực. Điều này làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tương tự như các cảm biến dạng màng cắt, một số mô hình dạng cột được trang bị ren để có thể sử dụng cho các ứng dụng chịu lực kéo, mang lại tính linh hoạt hơn trong việc đo lực.
S-Type load cell (dạng kéo nén) thường được sử dụng trong các cân treo hoặc cân các thùng chứa được treo lơ lửng. Loại cảm biến này được thiết kế linh hoạt, có khả năng đo cả lực kéo và lực nén. Trong ứng dụng về lực kéo, S-Type có thể dễ dàng được treo bằng các móc và kéo để đo chính xác lực tác động. Trong ứng dụng về lực nén, cảm biến có thể được gắn giữa hai vật thể bằng các ren ở đầu trên và dưới để đo lực nén một cách chính xác. Nhờ tính linh hoạt này, cảm biến tải S-Type rất phù hợp cho nhiều ứng dụng yêu cầu đo cả lực kéo và lực nén.

II. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LOAD CELL

Lực tác động làm biến dạng thân cảm biến

Load cell có một phần thân kim loại được gọi là spring element.

Khi có lực nén hoặc lực kéo tác động lên load cell, spring element sẽ biến dạng nhẹ (co giãn hoặc ép lại). Mặc dù biến dạng này rất nhỏ, nhưng đủ để tạo ra sự thay đổi trong các cảm biến dán trên nó.

Sự thay đổi điện trở của Strain Gauge

Trên bề mặt của spring element có gắn strain gauge – loại điện trở đặc biệt nhạy với sự biến dạng.

Khi thân kim loại biến dạng, chiều dài và diện tích của strain gauge cũng thay đổi, làm điện trở tăng hoặc giảm.

Strain gauge

Chuyển đổi biến dạng thành tín hiệu điện

Khi một dòng điện chạy qua strain gauge, sự thay đổi điện trở sẽ gây ra thay đổi điện áp đầu ra.

Điện áp này tỉ lệ trực tiếp với lực tác dụng, nhờ đó có thể đo chính xác trọng lượng hoặc lực.

Cấu hình cầu Wheatstone tăng độ chính xác

Trong một load cell, 4 strain gauge thường được mắc theo cấu hình Wheatstone để giảm thiểu sai số và tăng độ nhạy, giúp phát hiện những thay đổi nhỏ nhất trong điện trở và chuyển thành tín hiệu điện.

Cấu hình này giúp tính toán tổng thay đổi điện trở của cả 4 strain gauge bằng định luật Ohm như phương trình dưới đây:

Kết quả hiển thị và xử lý tín hiệu

Điện áp từ load cell sẽ được khuếch đại và chuyển đổi qua bộ chuyển đổi tín hiệu (ADC).

Tín hiệu cuối cùng được hiển thị trên màn hình hoặc gửi đến hệ thống để kiểm soát và giám sát lực.

III. HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ SỬ DỤNG CẢM BIẾN LỰC

Chuẩn bị

– Kiểm tra thiết bị: đảm bảo không bị hư hỏng hoặc rò rỉ nước.

– Tìm hiểu thông số kỹ thuật của thiết bị và yêu cầu lắp đặt.

– Chuẩn bị dụng cụ: cờ lê, tua vít, đồng hồ đo điện (nếu cần thiết).

Hướng dẫn lắp đặt

– Lựa chọn vị trí chắn chắn, tránh rung động mạnh và đảm bảo có đủ không gian để gắn load cell với các thiết bị khác.

– Lắp load cell vào vị trí cố định.

– Kết nối dây điện của load cell với bộ chuyển đổi hoặc hệ thống đo.

Lưu ý những điều cần tuân thủ khi lắp đặt

– Các tấm đỡ phải cùng trên một mặt phẳng

– Căn chỉnh mọi sự sai lệch bằng bộ đế load cell phù hợp

– Các tấm đỡ phải cứng cáp.

– Tuân thủ hướng chịu tải.

– Tuân thủ diện tích chịu tải.

Cấu hình hệ thống

– Sau khi lắp đặt, cấu hình các thiết lập cần thiết trong hệ thống điều khiển hoặc máy tính kết nối với load cell.

– Kiểm tra các tham số như hệ số cân và độ nhạy để đảm bảo tính chính xác trong đo lường.

– Đặt vật cần đo lên load cell và theo dõi kết quả hiển thị. Đảm bảo không vượt quá kết quả tải trọng để tránh cho load cell bị hư hỏng.

IV. CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

Kết quả đo không chính xác

• Nguyên Nhân: Kết quả đo không chính xác có thể do tải không được căn chỉnh đúng theo trục của load cell hoặc do áp lực bên ngoài.
• Cách Khắc Phục: Đảm bảo rằng tải được căn chỉnh chính xác theo hướng trục. Kiểm tra lại vị trí lắp đặt của load cell để đảm bảo không có mô men uốn gây ra sự sai lệch.

Nhiễu tín hiệu

• Nguyên Nhân: Nhiễu từ môi trường xung quanh, như từ các thiết bị điện tử khác hoặc rung động.
• Cách Khắc Phục: Sử dụng các bộ lọc tín hiệu để giảm thiểu nhiễu. Đảm bảo rằng load cell được lắp đặt trong một khu vực ổn định và cách xa các nguồn gây nhiễu.

Biến dạng cơ học

• Nguyên Nhân: Load cell có thể bị biến dạng do tải không đồng đều hoặc do cấu trúc lắp đặt không vững chắc.
• Cách Khắc Phục: Kiểm tra và điều chỉnh cấu trúc lắp đặt để đảm bảo rằng tải được phân phối đều. Sử dụng các phụ kiện hỗ trợ như đầu thanh hoặc bộ lắp clevis để giảm mô men uốn.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Nguyên Nhân: Nhiệt độ thay đổi có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến.
• Cách Khắc Phục: Lắp đặt load cell trong một môi trường có kiểm soát nhiệt độ hoặc sử dụng load cell có khả năng bù nhiệt. Bảo vệ cảm biến khỏi ánh nắng mặt trời trực tiếp và các nguồn nhiệt khác.

Sự can thiệp từ trường

• Nguyên Nhân: Các thiết bị điện gần đó có thể tạo ra từ trường, ảnh hưởng đến tín hiệu của load cell.
• Cách Khắc Phục: Đảm bảo rằng load cell và cáp kết nối được đặt xa các thiết bị phát từ trường. Sử dụng vỏ chắn từ để bảo vệ load cell.

Ẩm ướt và ăn mòn

• Nguyên Nhân: Độ ẩm có thể gây ăn mòn, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt.
• Cách Khắc Phục: Sử dụng load cell được bảo vệ chống ẩm hoặc làm từ vật liệu chống ăn mòn. Thường xuyên kiểm tra và bảo trì thiết bị để đảm bảo không có dấu hiệu của ăn mòn.

Thiếu hiệu chuẩn

• Nguyên Nhân: Nếu load cell không được hiệu chuẩn đúng cách, nó có thể dẫn đến kết quả đo sai lệch.
• Cách Khắc Phục: Đảm bảo thực hiện quy trình hiệu chuẩn định kỳ theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

| Tham khảo thêm: Cách hiệu chuẩn cảm biến lực đơn giản

V. KẾT HỢP CẢM BIẾN LỰC CÙNG VỚI CÁC CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI

Cảm biến lực khi kết hợp cùng với các công nghệ hiện đại sẽ nâng cao khả năng đo lường cũng như cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong nhiều trường hợp. Dưới đây là một số công nghệ hiện đại mà cảm biến lực load cell có thể tích hợp cùng:

• Cảm biến lực kết hợp với IoT (Internet of Things)
• Công nghệ AI và Machine Learning
• Cảm biến lực trong hệ thống tự động hóa
• Kết hợp với công nghệ mới như AR/VR
• Công nghệ Blockchain

| Tham khảo thêm: Hướng Dẫn Sử Dụng Arduino Và HX711 Để Đọc Dữ Liệu Từ Cảm Biến Lực Loadcell

Mua Cảm biến lực Load cell chính hãng giá rẻ ở đâu?

   Tại Công ty TNHH Ngân Anh Phát, chúng tôi tự hào là nhà cung cấp chính hãng các sản phẩm Cảm biến lực Load cell, cam kết mang đến cho Quý khách hàng những sản phẩm chất lượng cao với đầy đủ chứng nhận xuất xứ. Không chỉ đảm bảo về chất lượng, chúng tôi còn cung cấp dịch vụ tư vấn chuyên nghiệp và bảo hành chính hãng. 

   Để được tư vấn chi tiết và báo giá tốt nhất, hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua số hotline (+84) 253 857 563 hoặc gửi email đến info@ngananhphat.com / sales@ngananhphat.com. Đội ngũ chuyên viên của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn lựa chọn sản phẩm cảm biến phù hợp nhất với nhu cầu của bạn. Liên hệ ngay trong hôm nay để được hỗ trợ.  

  Cảm ơn bạn đã đọc bài viết. Mong rằng bài viết này có thể giúp ích cho bạn. Theo dõi nhiều bài viết hơn tại ngananhphat.com.