Cảm biến lực (Loadcell): Cẩm nang và cách sử dụng

By Lidinco Ff

1992 view

Cảm biến lực là gì?

Cảm biến lực (Force Sensor hay Loadcell) là một thiết bị được sử dụng để phát hiện và chuyển đổi các đại lượng cơ học như lực căng, áp suất, trọng lượng, mô-men xoắn, biến dạng và ứng suất bên trong thành tín hiệu điện có cường độ tương ứng với lực tác động. Tín hiệu này được truyền tới bộ xử lý tín hiệu và hiển thị lên đồng hồ đo lực để con người có thể xác định thông số lực tác động cần đo

Bạn đang đọc: Cảm biến lực (Loadcell): Cẩm nang và cách sử dụng

Nhờ vào ứng dụng này, nó đã trở thành thành phần cốt lõi không thể thiếu của các thiết bị điện, máy móc kỹ thuật, các loại máy làm việc và hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Nhờ vào ứng dụng này, nó đã trở thành thành phần cốt lõi không hề thiếu của những thiết bị điện, máy móc kỹ thuật, những loại máy thao tác và mạng lưới hệ thống tự động hóa công nghiệp .

Bạn có biết – Một số tên gọi thông dụng khác của cảm biến lực như : cảm biến tải trọng, cảm biến tải hoặc Loadcell

 Phân loại cảm biến đo lực

 Theo ứng dụng

– Gắn trong những loại cân điện tử : Đây được xem là ứng dụng thông dụng nhất của loại cảm biến này. Khi mua cảm biến lực cho cân hai yếu tố quan trọng nhất cần được xem xét là loại cân mà bạn sử dụng và khoảng trống để lắp ráp cảm biến cần bảo vệ không thiếu khoảng cách, bảo đảm an toàn theo khuyến nghị của đơn vị sản xuất– Trong nghành nghề dịch vụ tinh chỉnh và điều khiển công nghiệp– Điều khiển từ xa, trực tuyến– Cảnh báo quá tải, bảo vệ an toàn lao động– Kiếm tra những giá trị lực căng, kéo, nén tác động ảnh hưởng lên một vật thể bất kể– Kiểm tra những loại vật tư– Các nghành nghề dịch vụ khác

Theo tên gọi phổ biến

– Cảm biến lực căng– Cảm biến đo lực kéo– Cảm biến đo lực nén

 Cấu tạo của cảm biến đo lực

Sau khi đã hiểu được cơ bản về cảm biến lực ( Loadcell ), hãy cùng tìm hiểu và khám phá sơ qua về cấu trúc của chúng. Thông thường, một cảm biến đo lực sẽ gồm có ba bộ phận chính dưới đây– Thành phần nhạy cảm với lực : vật tư thông dụng được sử dụng là kim loại tổng hợp nhôm, kim loại tổng hợp thép hoặc thép không gỉ. Ở đây tất cả chúng ta thường sử dụng những vật tư có tính đàn hồi tốt để hoàn toàn có thể quay trở lại vị trí bắt đầu khi biến dạng nhẹ

– Thành phần chuyển đổi tín hiệu: được xem là bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất của cảm biến đo lực. Loại thành phần chuyển đổi tín hiệu phổ biến nhất là cảm biến lá điện trở đo biến dạng (hay còn gọi là Strain Gage). Cảm biến điện trở này có tác dụng chuyển đổi tín hiệu lực tác động lên nó và gây ra biến dạng thành tín hiệu điện và truyền về bộ chuyển đổi

– Mạch quy đổi tín hiệu : mạch chuyên đổi và bộ khuếch đại là nơi thu nhận tín hiệu truyền về từ Strain Gage qua bộ giải quyết và xử lý và quy đổi thành tín hiệu số để hiển thị lên màn hình hiển thị của máy đo lực

 Nguyên lý hoạt động cảm biến lực

Đôi nét về Strain Gage

Như đã đề cập ở phần cấu trúc, Strain Gage ( cảm biến đo biến dạng ) được ví như là “ trái tim ” của cảm biến đo lực. Loại cảm biến này có cấu trúc dạng mỏng mảnh, bên trên là một lá điện trở được phong cách thiết kế theo hình Zig Zag được đặt trên màn Polymer. Khi có một lực tác động ảnh hưởng lá lá điện trở như : áp suất, lực căng, nén, mô-men xoắn, khối lượng, .. thành sự đổi khác điện trở, giá trị điện trở này qua bộ chuyển đổi để hiển thị giá trị lực trên màn hình hiển thị máy đo

Vậy nguyên lý hoạt động của cảm biến lực như thế nào?

Lại nói về cấu tạo, cảm biến lực có phần thân được làm bằng một tấm kim loại (được gọi là Flexure) thường là nhôm hoặc thép không rỉ để mang lại cho cảm biến hai đặc tính quan trọng (1) cung cấp độ bền để chịu tải cao và (2) có độ đàn hồi tốt để giảm thiếu biến dạng và có thể trở lại hình dáng ban đầu sau khi ngưng sự tác động lực. Trên thân của cảm biến lực sẽ được đặt các Strain Gage được liên kết với nhau

Khi tính năng một lực bất kể ( hoàn toàn có thể là lực căng, kéo hoặc nén ), thân sắt kẽm kim loại hoạt động giải trí như một “ lò xo ” và bị biến dạng nhẹ, sau đó trở về hình dạng bắt đầu ( trừ khi lực tác động ảnh hưởng quá lớn làm nó bị biến dạng vĩnh viễn ). Khi tấm sắt kẽm kim loại ( flexure ) bị biến dạng, Strain Gage ( đặt trên flexure ) cũng đổi khác hình dạng của nó và tạo nên những biến đối điện trở, sự đổi khác điện trở này tạo ra sự đổi khác điện áp vi sai qua mạch càu Wheatstone ( * ). Do đó, hoàn toàn có thể nói sự đổi khác điện áp tỷ suất với lực vật lý công dụng lên flexure, qua đó hoàn toàn có thể thống kê giám sát được độ lớn của lực ảnh hưởng tác động vào vật( * ) Thông thường, trên một cảm biến lực sẽ có được gắn 4 Strain Gage link với nhau tạo thành một mạch vòng hay còn gọi là mạch cầu Wheatstone, lưới của lực cần đo sẽ được chỉnh sửa cho tương thíchDo tín hiệu đầu ra của cầu Wheatstone là tín hiệu nhỏ, do đó nó cần đi qua bộ khuếch đại ( hoặc bộ điều hòa tín hiệu cảm biến lực ) nhằm mục đích cung ứng điện áp kích thích được kiểm soát và điều chỉnh cho mạch, quy đổi tín hiệu đầu ra mV / V thành dạng tín hiệu khác có ích cho người dùngTín hiệu do cầu đo biến dạng tạo ra là tín hiệu cường độ thấp và hoàn toàn có thể không hoạt động giải trí với những thành phần khác của mạng lưới hệ thống, ví dụ điển hình như PLC, mô-đun thu thập dữ liệu ( DAQ ), máy tính hoặc bộ vi giải quyết và xử lý. Do đó, những tính năng của bộ kiểm soát và điều chỉnh tín hiệu cảm biến lực gồm có điện áp kích thích, lọc nhiễu hoặc

 Các hình dạng phổ biến của cảm biến Loadcell

In-Line Load Cell: là loại cảm ứng lực phổ biến nhất. Thường được sử dụng cho cả ứng dụng đo tải trọng căng và nén. Cảm biến Load Cell In-line cung cấp độ chính xác cao, độ cứng và độ bền cao với khe hở lắp đặt tối thiểu cần thiết

Dạng trụ đứng (Column Load Cell) – là loại cảm biến được thiết kế với dạng hình trụ đứng. Thiết kế này thường dùng trong các ứng dụng nén với công suất cao như kiểm tra lực kẹp của máy CNC. Các mẫu cảm biến lực mang thiết kế này thường cung cấp công suất mạnh mẽ từ 2.000 đến 30.000lbs

Dạng nút (Load Button) – là những cảm biến đo lực có một bề mặt phẳng, thiết kế phần giữa hơi nhô lên  như một nút nhấn, đây cũng là nơi tác dụng lực nén. Điểm nổi bật của loại thiết kế này đó là chúng không chiến quá nhiều diện tích, tuy nhỏ nhưng có độ bền tốt. Loại này thường được dùng để đo lực tải của các thành phần dạng lăn

Dạng chữ S (S-Beam Load Cell) – là loại cảm biến đo lực với thiết kế độc đáo, đôi khi còn được gọi là Z-Beam hoặc S-Tye, bạn có thể nhìn thấy thiết kế khá tương đồng với chữ S hoặc Z. Thiết kế nhỏ gọn này rất phù hợp cho các ứng dụng phản hồi điều khiển trực tuyến và điều khiển tụ động, đo độ  căng của cáp, ngoài ra nó cũng có thể được sử dụng như một cảm biến lưu lượng không tiếp xúc để đo lưu lượng flo với độ chính xác cao

Xem thêm: Linh Kiện Máy Tính | Linh Kiện PC Chính Hãng, Xây Dựng Mọi Cấu Hình

Dạng lỗ xuyên (Thru-Hole Load Cell) – hay còn gọi là dạng vòng đệm với phần lỗ ở giữa, loại cảm biến dạng lỗ xuyên phổ thông thường có phần lòng trong trơn (không ren) được sử dụng để đo lực nén của thanh truyền đi qua tâm của nó, thường ứng dụng để đo lực tác động của bu lông

Dạng Pancake (Pancake Load Cells) – có phần lỗ xuyên ở giữa, phần lỗ có ren, thường dùng để đo lực tải ở dạng căng hoặc nén. Thường được sử dụng trong các ứng dụng cần độ bền cao, tuổi thọ cao hoặc các phép đo trong dòng công suất cao cho hệ thống cân bồn chứa. Thiết kế dạng ren cho khả năng chống lệch trục tốt

Cảm biến tải trọng Rod-End (Rod-End Load Cell) – Thiết kế kết nối với một đầu đực và một đầu cái kết nối bằng ren phù hợp cho các ứng dụng cần điều chỉnh cảm biến lục vào một vật cố định bất kỳ

Cảm biến lực một điểm (Single Point Load Cell)  – Cảm biến lực gắn bên hông với thiết kế một điểm được chế tạo đặc biệt cho các ứng dụng OEM yêu cầu độ chính xác cao hoặc sản xuất số lượng lớn.  Có thể sử dụng linh hoạt trong các ứng dụng đo sức căng, nén

 

 Chọn cảm biến lực phù hợp?

Khi chọn mua bất kể loại thiết bị nào, việc lựa chọn sao cho tương thích nhất với ứng dụng cần đo luôn là tiêu chuẩn đặt lên số 1. Chắc hẳn không ai muốn mang một số tiền lớn để mua về một thiết bị không hề sử dụngĐể chắc như đinh rằng bạn đang tìm đúng loại cảm biến đo lực tương thích cho ứng dụng của mình, Lidinco sẽ gợi ý cho bạn 5 bước cần quan tâm trước khi chọn mua loại thiết bị này hoặc bạn cũng hoàn toàn có thể liên hệ trực tiếp cho Lidinco dể được tương hỗ chọn mua thiết bị nhanh gọn và đúng mực nhất

Bước 1: Hiểu ứng dụng và những gì bạn cần đo. Có đúng là bạn đang cần mua cảm biến lực không? Đừng nhầm lẫn nó vớicảm biến đo mô men xoắn hoặc cảm biến áp suất.

Bước 2 : Xác định những đặc thù của cảm biến và cách lắp ráp của nó. Bạn sử dụng tải tĩnh hay tải động ? Bạn sẽ lắp cảm biến lực này như thế nào ?Bước 3 : Xác định được dung tích tải thối thiếu và tối đa mà bạn sẽ sử dụng, Hãy bảo vệ chọn cảm biến hoàn toàn có thể hoạt động giải trí ở mức tải tối đa mà bạn nhu yếuBước 4 : Xác định những nhu yếu về size và hình học thiết yếu ( chiều rộng, khối lượng, độ cao, chiều dài, v.v. ) và những nhu yếu về hiệu suất cơ học ( đầu ra, độ phi tuyến, độ trễ, độ rão, điện trở cầu, độ phân giải, phân phối tần số, v.v. ) Các đặc thù khác cần xem xét gồm có năng lực chống nước, chịu nhiệt, nhiều đầu nối hoặc những phép đo phải tuân theo một tiêu chuẩn quốc tế nào đóBước 5 : Xác định loại đầu ra mà ứng dụng của bạn nhu yếu. Mạch quy đổi lực tạo ra điện áp tính bằng mV / V. Vì vậy, nếu PLC hoặc DAQ của bạn nhu yếu đầu ra tương tự như, đầu ra cảm biến lực kỹ thuật số hoặc cổng tiếp nối đuôi nhau, bạn chắc như đinh sẽ cần một bộ khuếch đại cảm biến lực hoặc bộ điều hòa tín hiệu

Hướng dẫn sử dụng cảm biến lực Loadcell cơ bản

Cách thay thế cảm biến lực

Khi sử dụng trong trong thực tiễn, cảm biến lực nhiều lúc sẽ bị hỏng do quá tải, va đập … dẫn đến biến dạng dẻo của cảm biến gây ảnh hưởng tác động đến độ đúng chuẩn của phép đo. Trong trường hợp nặng, cảm ứng sẽ bị hư hỏng và không hề thực thi phép đo đúng mực. Lúc này, cảm ứng cần được thay thế sửa chữa. Điều kiện tiên quyết để sửa chữa thay thế cảm biến lực đó là lực của trục sửa chữa thay thế phải bằng với trục cần thayMặt khác, cũng nên quan tâm khi thay cảm biến nên sử dụng nhiều cảm biến có tải trọng như bắt đầu. Nếu muốn thay tải trọng lớn hơn thì phải chú ý quan tâm xem cân điện tử có kiểm soát và điều chỉnh được khôngNếu là cảm biến lực có dải kiểm soát và điều chỉnh, bạn hoàn toàn có thể đặt dải và gỡ lỗi sau khi sửa chữa thay thế bằng cảm biến mới có tải lớn hơn theo hướng dẫn sử dụng. Đồng thời, nếu tải định mức của cảm biến quá lớn và tín hiệu microvolt / tín hiệu chia ra quá nhỏ, điều này sẽ dễ làm giảm độ nhạy của thang đo .Đối với thang đo tích hợp cơ điện có lắp cảm biến dạng – S ở link truyền lực thứ hai, cần quan tâm chiều dài link sau khi lắp lại cảm biến bằng chiều dài link bắt đầu. Mặt khác, cần bảo vệ rằng cần truyền lực thứ nhất nằm ngang và thanh liên kết phải được liên kết tạo thành một góc 90 độ với nó. Sai lệch trong phương liên kết sẽ tác động ảnh hưởng đến độ đúng mực và độ nhạy của cân .Việc chạy thử cân tích hợp cơ điện sau khi sửa chữa thay thế cảm biến cần được thực thi theo hướng dẫn sử dụng của thiết bị trên cơ sở quản lý và vận hành đúng chuẩn cơ họcDù là cân điện tử hay cân cơ điện tích hợp sau khi thay cảm biến đều phải được kiểm định chất lượng rồi mới sử dụng .

 

 Cải thiện độ chính xác của cảm biến điện trở trên cảm biến lực

Tương tự như nhiều loại cảm biến khác, nhiệt độ chính là nguyên do số 1 tác động ảnh hưởng đến độ đúng chuẩn của cảm biến, nhiệt độ sẽ làm cho tín hiệu biến dạng ( điện trở ) của 4 Strain Gage biến hóa theo cùng một hướng và mức độ. Bởi vì hai cực dương và hai cực âm được cân đối, nhiệt độ sẽ không tạo ra tín hiệu đầu ra .Các lỗi dư nhỏ còn lại hoàn toàn có thể được sửa chữa thay thế bằng cách liên kết với sắt kẽm kim loại niken đặc biệt quan trọng trên cầu Wheatstone .Ngoài ra, cũng hoàn toàn có thể cải tổ độ đúng mực bằng những loại cảm biến có năng lực bù nhiệt độ theo độ ( TCS ) để giảm sai số gây ra do nhiệt độTrong điều kiện kèm theo tải, sai số tuyến tính cũng sẽ đổi khác. Điều này hoàn toàn có thể được triển khai bằng cách tối ưu hóa vật liệu và cấu trúc đàn hồi và chọn những điểm đo đúng mực .

Tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn cảm biến lực

Việc hiệu chuẩn cảm biến lực rất quan trọng trước khi mang đi sử dụng, thường thì những nhà sản xuất cảm biến lực uy tín trên thị trường đều có giấy ghi nhận hiệu chuẩn trước khi đến tay người tiêu dùngViệc hiệu chuẩn cần được thực thi lại sau một thời hạn sử dụng để hạn chế sai số của thiết bị, giúp tác dụng đo đúng mực nhất. Để làm được điều này ta sẽ phải dùng một thiết bị gọi là thiết bị hiệu chuẩn lựcMột số những yếu tố hoàn toàn có thể bị tác động ảnh hưởng đến kha năng thao tác của cảm biến lực Loadcell cần được theo dõi qua một thời hạn thao tác hoàn toàn có thể kể đến như

Độ lệch (hoặc độ cân bằng của cảm biến lực): có nghĩa là đầu ra của cảm biến lực (khi không hoạt động) cao hơn hoặc thấp hơn so với đầu ra lý tưởng. Độ lệch càng lớn so với chuẩn sẽ càng khiến phép đo có sai số càng cao

Độ tuyến tính (hoặc phi tuyến tính): Rất ít cảm biến có đường đặc tính hoàn toàn tuyến tính, nghĩa là độ nhạy đầu ra (độ dốc) thay đổi với tốc độ khác nhau trong toàn bộ dải đo. Một số cảm biến đủ tuyến tính trên phạm vi mong muốn và không lệch khỏi đường thẳng (lý thuyết), nhưng một số cảm biến yêu cầu tính toán phức tạp hơn để tuyến tính hóa đầu ra. Do đó, cần giám sát thông số này để cảm biến đo lực có thể hoạt động chính xác

Độ trễ: độ trễ càng lớn sẽ gây ra sai số không mong muốn khi thực hiện phép đo

Độ lặp lại: là sự sai số giữa các lần đo khi thực hiện cùng một phép đo giống nhau, độ lặp càng tốt chứng tỏ cảm biến đang hoạt động ổn định. Nếu độ lặp không còn ổn định (sai số lớn) cũng là lúc bạn cần hiệu chuẩn loại thiết bị đo

 

Mua cảm biến lực Loadcell ở đâu?

Là một thiết bị ngày càng được sử dụng thông dụng trong hầu hết những nhà máy sản xuất. Bạn hoàn toàn có thể thuận tiện tìm mua cảm biến đo lực tại nhiều nhà phân phối trên toàn nước

Tuy nhiên, để mua được các sản phẩm chính hãng với chất lượng tốt nhất cũng như hỗ trợ lắp đặt thiết bị và tư vấn chọn mua đúng với ứng dụng. Bạn nên tìm đến những địa chỉ uy tín

Xem thêm: Linh Kiện Máy Tính | Linh Kiện PC Chính Hãng, Xây Dựng Mọi Cấu Hình

Hiện nay, Lidinco đang cung ứng cảm biến Loadcell đến từ những tên thương hiệu của Nhật và Mỹ chất lượng cao. Vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới đễ được tư vấn thêm

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG

HCM: 

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư