Load cell là gì?
Load cell là một cảm biến lực được sử dụng để đo lường trọng lượng hoặc lực tác động lên một đối tượng. Với khả năng cung cấp độ chính xác cao và phản hồi nhanh chóng, load cell đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo, nông nghiệp, y tế và thương mại.
Một load cell hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi lực cơ học thành tín hiệu điện. Khi một lực tác động lên load cell, nó sẽ tạo ra một sự biến đổi trong tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó sẽ được xử lý và chuyển đổi thành giá trị trọng lượng hoặc lực tương ứng. Đặc điểm này giúp load cell có khả năng đo chính xác ngay cả những lực nhỏ nhất.
Load cell Hoạt động như thế nào?
Thành phần cấu tạo cơ bản của cân điện tử bao gồm hai bộ phận chính. Bộ phận thứ nhất là đòn cân và bộ phận thứ hai là mạch xử lý tín hiệu điện tử. Ở đây, ta phân tích cấu tạo của đòn cân và không đi sâu vào phần mạch điện tử.
Đòn cân tên tiếng anh là “Strain Gauge Load Cell” hay gọi tắt là “Load Cell” cảm biến tải. Như tên gọi phản ánh, đòn cân được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là “Strain Gauge” và thành phần còn lại là “Load”. Strain Gauge là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, chỉ nhỏ bằng móng tay, được dán chết lên Load, nghĩa là một thanh kim loại chịu tải.
Thanh kim loại này một đầu được gắn cố định, đầu còn lại tự do và gắn với mặt bàn cân (Đĩa cân). Khi ta bỏ một khối lượng lên đĩa , thanh kim loại này sẽ bị uốn cong do trọng lượng của khối lượng cân gây ra. Khi thanh kim loại bị uốn, điện trở Strain Gauge sẽ bị kéo dãn ra và thay đổi điện trở. Như vậy,khi đặt vật cân lên bàn cân, tùy theo khối lượng vật mà Load, thanh kim loại sẽ bị uốn đi một lượng tương ứng và lượng này được đo lường qua sự thay đổi điện trở của Strain Gauge. Thông thường, thanh kim loại sẽ được cấu tạo sao cho bất chấp vị trí ta đặt vật cân lên bàn/ đĩa, nó đều cho cùng một mức độ bị uốn như nhau.
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell.
Như đã nói, cân điện tử sẽ đo lường mức độ bị uốn của thanh kim loại bởi trọng lực do vật cân gây ra nên cân điện tử chỉ cho chúng ta giá trị trọng lượng của vật. Để tìm khối lượng của vật, ta cần phải chia cho gia tốc trọng trường, mà gia tốc này thì không phải là một hằng số ở mọi nơi trên trái đất. Do đó, khi sản xuất cân, nhà sản xuất xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng.
Khoảng uốn cong của thanh kim loại vào khoảng 1/500 cm. Tuy giá trị uốn cong rất nhỏ nhưng đủ để Strain Gauge phát hiện và đo lường khối lượng trong khoảng nhất định tùy theo loại cân điện tử . Thông thường Strain Gauge chỉ phát hiện và đo lường trên một khoảng nhỏ, hẹp, cân điện tử nào đo khối lượng càng lớn và càng chính xác đòi hỏi khoảng Strain Gauge phát.
Phân loại các loại load cell phổ biến
Hiện nay, có nhiều loại load cell được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, mỗi loại có một cấu trúc và nguyên lý hoạt động khác nhau:
Load cell dạng cầu (S-type load cell)
Loại này có hình dạng chữ S và thường được sử dụng trong các ứng dụng cần đo lực kéo và lực nén.
Load cell dạng thanh (Beam load cell)
Loại load cell này có hình dạng thanh dài, phù hợp với việc đo lực tác động tại các điểm cố định.
Load cell dạng trụ (Canister load cell)
Load cell này có hình trụ tròn, được thiết kế để chịu được lực nén lớn, thường được sử dụng trong cân xe tải hoặc hệ thống cân công nghiệp.
Load cell dạng đĩa/cầu bi (Button load cell)
Với kích thước nhỏ gọn, loại này phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu đo lực trong không gian hạn chế.
Load cell dạng nén
Đây là loại load cell được thiết kế để đo lực nén, thường được sử dụng trong các ứng dụng đo tải trọng lớn, chẳng hạn như cân xe tải hoặc đo lực trong các kết cấu xây dựng.
Load cell dạng uốn
Loại này hoạt động dựa trên nguyên tắc biến dạng uốn khi có lực tác động, phù hợp với các ứng dụng đo lực tại các điểm chịu tải không đối xứng, như trong các hệ thống cân bàn.
Load cell dạng kéo
Loại này dùng để đo lực kéo, phổ biến trong các hệ thống kiểm tra lực kéo của vật liệu hoặc trong các ứng dụng đo tải trong dây cáp và cấu trúc chịu kéo.
Load cell analog – tín hiệu tương tự
Đây là loại load cell cung cấp tín hiệu đầu ra tương tự, có thể thay đổi liên tục theo lực tác động. Tín hiệu này thường cần được khuếch đại trước khi đưa vào các hệ thống đo lường.
Load cell digital – tín hiệu số
Loại này có khả năng chuyển đổi tín hiệu đo lường trực tiếp thành dạng số, giúp dễ dàng kết nối với các thiết bị điều khiển hoặc hệ thống xử lý mà không cần qua bộ khuếch đại hay chuyển đổi tín hiệu trung gian.
Ưu điểm của load cell
Load cell mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong việc đo lường lực, bao gồm:
- Độ chính xác cao: Load cell cung cấp khả năng đo lực với độ chính xác rất cao, thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác từng gram.
- Tính linh hoạt: Có nhiều loại load cell với các kích thước và dạng khác nhau, phù hợp với nhiều ứng dụng và môi trường làm việc.
- Khả năng chống nhiễu: Các load cell hiện đại thường được thiết kế để chống nhiễu từ môi trường, đảm bảo tín hiệu đo lường ổn định và chính xác.
Ứng dụng của load cell trong thực tế
Load cell được sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ tiêu biểu:
Cân điện tử: Đây là ứng dụng phổ biến nhất của load cell, từ cân nhà bếp, cân thương mại cho đến các hệ thống cân công nghiệp.
Hệ thống cân xe tải: Load cell chịu trách nhiệm đo lường trọng lượng xe tải, giúp kiểm soát trọng tải và đảm bảo an toàn giao thông.
Dây chuyền sản xuất tự động: Trong các nhà máy, load cell được sử dụng để đo lường và kiểm tra trọng lượng của sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Nghiên cứu và phát triển: Load cell còn được sử dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu để đo lực tác động trong các môi trường và điều kiện khác nhau.
Làm thế nào để chọn load cell phù hợp?
Khi lựa chọn load cell, cần xem xét một số yếu tố quan trọng như:
- Khả năng chịu tải: Xác định tải trọng tối đa mà load cell cần đo lường để chọn loại có khả năng chịu tải phù hợp.
- Độ chính xác: Tuỳ thuộc vào ứng dụng, độ chính xác của load cell có thể rất quan trọng, nhất là trong các ngành công nghiệp yêu cầu khắt khe về trọng lượng.
- Môi trường làm việc: Load cell cần phải phù hợp với môi trường làm việc, bao gồm khả năng chịu nhiệt độ, độ ẩm và các tác động từ môi trường bên ngoài.
- Dải đo: Cần chọn load cell có dải đo phù hợp với mức tải trọng mà ứng dụng yêu cầu.
Kết luận
Load cell là một thiết bị đo lường lực quan trọng và không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp. Từ các ứng dụng đơn giản như cân điện tử đến các hệ thống phức tạp như cân xe tải hay dây chuyền sản xuất tự động, load cell luôn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các kết quả đo lường chính xác và đáng tin cậy. Việc hiểu rõ về cách hoạt động và cách lựa chọn load cell phù hợp sẽ giúp tối ưu hoá quá trình sản xuất và đảm bảo tính chính xác trong các phép đo.
Quý khách có nhu cầu thêm về Load cell là gì? Hoạt động như thế nào? vui lòng liên hệ cân điện tử Thái Bình Dương để được tư vấn và báo giá sản phẩm miễn phí, nhanh và tốt nhất.
Hotline: 0908 608 666 Mr. Dũng - 0908 662 643 Mrs. Dung.
Chúng tôi rất hân hạnh khi được phục vụ quý khách!.