Load Cell là gì? Nguyên lý hoạt động của Load Cell

Load Cells là một biến thể đặc biệt của cảm biến Lực. Tải trọng được đo bằng gam, kg hoặc tấn chứ không phải bằng newton như các cảm biến lực “thông thường”.

Load Cell là gì?

Cảm biến cân đo tải trọng – Load Cell 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.

Cảm biến loadcell được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như: đo khối lượng của vật, phân phối đều trọng lượng sản phẩm trong các dây truyền tự động hóa, đo trọng lượng xe tải…

Cấu tạo của Load Cell

Load Cell 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 cấp nguồn bằng một nguồn ổn định.
  • Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi.

Công thức tính điện trở suất: R=ρ* (L/S)

Trong đó:

  • R = Điện trở strain gauge (Ω)
  • L = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
  • S =  Tiết diện ngang của sợi kim loại strain gauge (m2)
  • ρ=  Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge (Ω.m)

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

Nguyên lý hoạt động

Một điện áp được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) 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 0 hoặc gần bằng 0 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.

Hình ảnh mô tả hoạt động của loadcell

Phân loại Load cell

Loadcell có nhiều hình dạng cũng như kích thước khác nhau. Dựa vào các đặc tính kỹ thuật của loadcell mà ta có những cách phân loại chúng như sau:

  • Phân loại loadcell dựa trên phương hướng lực tác dụng
    • Loadcell dạng nén
    • Loadcell dạng uốn
    • Loadcell dạng kéo
  • Phân loại loadcell dựa trên hình dạng của loadcell
    • Loadcell trụ
    • Loadcell cầu bi
    • Loadcell thanh
    • Loadcell chữ Z
    • Loadcell xoắn
  • Phân loại loadcell dựa trên dạng tín hiệu truyền nhận
    • Loadcell analog – tín hiệu tương tự
    • Loadcell digital – tín hiệu số

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 trọng lượng trong công nghiệp

Ứng dụng cân hàng tự động với Load-cell

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.

Đăng nhận xét