Loadcell – Cảm biến lực được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Loadcell là 1 loại cảm biến lực, nó là bộ phân chính quan trọng nhất của các loại cân điện tử. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác. Ở bài viết này, mời bạn cùng Công Ty Cổ Phần Thiết Bị Thắng Lợi tìm hiểu chi tiết về cảm biến này.

Loadcell là gì?

Loadell là khái niệm để chỉ các cảm biến lực. Nó có thể chuyển đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện. Gía trị tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ.

Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng. Khi một tải trọng, một áp lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi. sự thau đổi trở kháng này dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.

Cảm biến lực loadcell là cảm biến có thể chuyển đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện. Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng. Khi một tải trọng, một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi. Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần là: Strain gage và Load. Một loadcell thường bao gồm các strain gage được dán vào bề mặt của thân loadcell. Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ…)

• Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định.
• Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi.

R = Điện trở strain gauge (Ohm)
L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
A  =  Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)
r=  Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge
Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở
Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ giảm xuống.
Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên
Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động.

Một số thông số về kỹ thuật của cảm biến lực Loadcell

Độ chính xác: cho biết % chính xác trong phép đo. 

Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.

Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà Loadcell được bù vào.

Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP

Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell 

Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng.

Trở kháng đầu vào: được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối

Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại củaLoadcell và thiết bị kết nối dòng điện.

Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng.

Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).

Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.

Quá tải an toàn: là công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất).

Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).

Nguyên lý hoạt động:

Một điện áp được cung cấp cho ngõ vào loadcell  và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác. 

Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi về chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gage -> thay đổi giá trị điện trở -> thay đổi điện áp đầu ra.

Có các dạng cảm biến Loadcell nào?

Có thể phân loại loadcells như sau:
– Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịunén (compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (TensionLoadcell)
– Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu,dạng chữ S
– Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.

Có nhiều dạng loadcell khác nhau

Ứng dụng của Loadcell

Trong ngành công nghệ cao

Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên.

Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp

Công nghệ sử dụng:

Các thế báo tải(Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC

Sơ lược hoạt động:

Các loadcell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây, Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác.

Hệ thống hoạt động:

Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết.

Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc.

Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất thùng chứa.

Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm tiếp tục hoạt động.

Loadcell được sử dụng trong các loại cân điện tử hiện nay

Cảm biến lực loadcell được ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật nhỏ và có độ chính xác cao. Hay những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải, cân sắt thép trong các nhà xưởng..

Cảm biến loadcell được sử dụng để sản xuất ra các loại cân điện tử chính xác

Ứng dụng trong cầu đường

Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo. Hoặc có thể đo sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Từ đó có sự cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời.

Với rất nhiều ứng dụng và nhu cầu trong cuộc sống, việc sử dụng Loadcell trong công việc là rất cần thiết.

Công Ty Cổ Phần Thiết Bị Thắng Lợi – Đơn vị cung cấp các loại cân điện tử chính hãng AND

Cân điện tử được sử dụng rất nhiều hiện nay. Bởi chúng có độ chính xác cao lại nhỏ gọn và có độ ổn định tuyệt vời. Các ưu điểm này đều được bắt nguồn từ việc sử dụng cảm biến loadcell vào làm bộ phận của cân. Hãng AND chuyên về sản xuất các thiết bị đo lường chính xác đến từ Nhật Bản. Trong đó, cân điện tử là 1 trong những mặt hàng nổi trội của họ. Các sản phẩm của họ đa rạng từ các loại cân tiểu ly nhỏ với độ chính xác cao đến các loại cân thí nghiệm như: cân phân tích, cân sấy ẩm hay cân kỹ thuật điện tử..

Hiện nay, Công Ty Cổ Phần Thiết Bị Thắng Lợi là đại diện phân phối chính thức các sản phẩm cân điện tử của hãng AND tại Việt Nam. Nên nếu bạn có nhu cầu mua cân AND mà chưa biết mua ở đâu để đảm bảo chất lượng. Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và chọn được những chiếc cân phù hợp nhất với công việc của bạn.