Loadcell là gì? Cách sử dụng loadcell hiệu quả nhất thì trước tiên bạn hiểu được loadcell là gì? Vậy nên qua bài này chúng ta sẽ đi tìm hiểu tổng quan loadcell về định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách bảo quản và sử dụng loadcell nhé.
1. Loadcell là gì?
Loadcell là một loại cảm biến có công dụng chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu dạng điện. Cụ thể là dạng điện áp mV/V.
Loadcell thường được áp dụng trong các ứng dụng như cân điện tử, cân bàn, cân kỹ thuật, cân treo, cân băng tải,… dùng để đo trọng lượng trong nhà máy, băng tải, silo chứa nguyên liệu, hay kiểm tra phần trọng lượng của sản phẩm sau khi sản xuất.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loadcell
Cấu tạo
Để tạo thành một loadcell hoàn chỉnh thì gồm có 2 bộ phận là Strain gage và Load, các strain gage sẽ được dán vào bề mặt của thân loadcell:
- Strain gage: Strain gage là một điện trở đặc biệt, thay đổi với lực tác dụng có kích thước nhỏ chỉ bằng móng tay. Điện trở giảm khi dây kim loại của strain gage bị nén và điện trở tăng khi dây kim loại được kéo dài.
- Load: là một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi được tạo thành từ nhiều vật liệu khác nhau, ví dụ như: thép không gỉ, thép hợp kim, nhôm hợp kim thép,…
Ngoài ra còn có mạch xử lý tín hiệu điện tử:
- Đây là phần mạch được kết nối với strain gage và nguồn điện để cung cấp điện áp kích thích cho cầu điện trở Wheatstone và đo điện áp tín hiệu ra giữa hai góc khác của cầu.
- Mạch xử lý tín hiệu điện tử còn có chức năng bù nhiệt độ, hiệu chuẩn và chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu số để hiển thị trên màn hình hoặc giao tiếp với các thiết bị khác.
Nguyên lý hoạt động của loadcell
Loadcell hoạt động dựa theo nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell, sẽ làm cho điện trở của các điện trở ở strain gauge thay đổi theo bởi sự thay đổi độ dài và tiết diện của các dây kim loại trong điện trở.
Sự thay đổi điện trở này dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.
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.
3. Phân loại loadcell
Có nhiều loại loadcell khác nhau dựa trên phương hướng lực tác dụng, hình dạng của loadcell và dạng tín hiệu truyền nhận.
Một số loại loadcell phổ biến và ứng dụng hiện nay là:
Loadcell dạng nén
Loadcell dạng nén được sử dụng để đo lực nén hoặc trọng lượng của vật thể thường được dùng trong các ứng dụng cân xe tải, cân bồn, cân silo, cân bàn…
- Ưu điểm là có độ chính xác cao, chịu được tải trọng lớn, dễ lắp đặt và bảo dưỡng.
- Nhược điểm là có kích thước lớn, khó sử dụng trong không gian hẹp, có thể bị ảnh hưởng bởi lực ngoài phương.
Ví dụ: Loadcell BM14G của zemic hay loadcell ZSGB của keli.
Loadcell dạng uốn
Được sử dụng để đo lực uốn hoặc trọng lượng của vật thể, thường được dùng trong các ứng dụng cân băng tải, cân đóng gói, cân sàn…
- Ưu điểm là có kích thước nhỏ gọn, linh hoạt, phù hợp với nhiều loại cân khác nhau.
- Nhược điểm là có độ chính xác thấp hơn so với loadcell dạng nén, không chịu được tải trọng quá lớn, có thể bị biến dạng vĩnh viễn nếu quá tải.
Ví dụ: Loadcell SQB của keli hay loadcell SB của mettler toledo.
Loadcell dạng kéo
Được sử dụng để đo lực kéo hoặc trọng lượng của vật thể, được dùng trong các ứng dụng cân treo, cân móc cẩu, cân động vật…
- Ưu điểm là có độ chính xác cao, chịu được tải trọng lớn, phù hợp với các ứng dụng cân treo, cân động vật.
- Nhược điểm là có kích thước lớn, khó lắp đặt và bảo dưỡng, có thể bị ảnh hưởng bởi lực ngoài phương.
Ví dụ: Loadcell PST của keli hay loadcell TSA của mettler toledo.
Loadcell analog
Là loại loadcell có tín hiệu đầu ra là điện áp tương tự (thường không quá 30mV). Sử dụng thiết bị đo lường như bộ chỉ thị để chuyển đổi tín hiệu thành thông tin hữu ích.
Mỗi loadcell có một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng loadcell.
- Ưu điểm là có giá thành rẻ, phổ biến và dễ sử dụng.
- Nhược điểm là có tín hiệu ngõ ra nhỏ, dễ bị nhiễu và giới hạn khoảng cách truyền tín hiệu.
Ví dụ: Loadcell QSA, SQB,PST hay UDA…
Loadcell digital
Là loại loadcell có tín hiệu đầu ra là điện áp số. Tín hiệu này được mã hóa và gửi đi qua một giao tiếp số như RS232, RS485, CAN bus…
Mỗi loadcell có một địa chỉ duy nhất và có thể giao tiếp với các thiết bị khác.
- Ưu điểm là có tín hiệu ngõ ra số, chống nhiễu và cho phép truyền xa hơn so với loadcell analog.
- Nhược điểm là có giá thành cao hơn, ít phổ biến và khó tương thích với các thiết bị khác.
Ví dụ: Loadcell QSD, ZSFB-D, POWERCELL PDX…
4. Nguyên tắc khi lắp đặt và sử dụng loadcell
Cách lắp đặt và sử dụng loadcell có thể khác nhau tùy theo loại loadcell và ứng dụng của nó. Tuy nhiên, có một số nguyên tắc chung như sau:
- Loadcell phải được lắp đặt trên một bề mặt cứng, phẳng và không bị rung lắc.
- Phải được lắp đặt sao cho lực tác động lên loadcell phù hợp với phương hướng và hình dạng của loadcell. Ví dụ: loadcell dạng nén phải được lắp đặt sao cho lực nén tác động thẳng đứng lên loadcell, loadcell dạng uốn phải được lắp đặt sao cho lực uốn tác động song song với mặt loadcell…
- Loadcell phải được kết nối với hộp nối và bộ chỉ thị theo sơ đồ kết nối của nhà sản xuất. Cần chú ý đến các cặp dây có cùng màu sắc hoặc ký hiệu để kết nối chính xác.
- Loadcell phải được cấp nguồn điện ổn định và phù hợp với yêu cầu của nhà sản xuất. Nguồn điện không nên quá cao hoặc quá thấp để tránh làm hỏng loadcell hoặc làm sai lệch kết quả đo.
- Loadcell phải được hiệu chuẩn trước khi sử dụng để đảm bảo độ chính xác của phép đo. Hiệu chuẩn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các khối cân chuẩn hoặc các thiết bị hiệu chuẩn chuyên dụng.
- Loadcell phải được bảo quản và bảo dưỡng thường xuyên để kéo dài tuổi thọ và giữ cho loadcell luôn hoạt động ổn định. Cần tránh va đập, quá tải, ẩm ướt, nhiệt độ cao hoặc các yếu tố gây ăn mòn cho loadcell.
5. Cách hiệu chỉnh loadcell hiệu quả
Hiệu chuẩn loadcell là quá trình cài đặt để bộ hiển thị có thể hiển thị chính xác giá trị từ cảm biến đo lực. Đây là một bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác và ổn định của phép đo trọng lượng hoặc lực.
Hiệu chuẩn loadcell giúp phát hiện và khắc phục các sai số do nhiệt độ, nhiễu điện từ, biến dạng vật liệu, lão hóa thiết bị, … giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất của cảm biến lực và bộ hiển thị.
Cách hiệu chuẩn loadcell có thể thực hiện theo hai phương pháp chính: hiệu chuẩn Span và hiệu chuẩn tương đương.
- Hiệu chuẩn Span là phương pháp hiệu chuẩn bằng cách đặt các quả cân có khối lượng chuẩn trên loadcell và cài đặt bộ hiển thị để hiển thị giá trị khối lượng tương ứng. Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng cần có các quả cân và không gian để đặt quả cân.
- Hiệu chuẩn tương đương là phương pháp hiệu chuẩn dựa trên thông tin điện áp đầu ra của loadcell. Điện áp đầu ra được thể hiện ở bảng thông số kỹ thuật đi kèm với loadcell. Phương pháp này không cần sử dụng quả cân nhưng có độ chính xác thấp hơn so với hiệu chuẩn Span.
6. Cách kiểm tra và bảo dưỡng loadcell
Cách kiểm tra loadcell sống hay chết
- Có thể dùng đồng hồ đo vạn năng để đo điện trở ngõ vào và ngõ ra của loadcell, so sánh với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Nếu điện trở sai lệch quá nhiều hoặc không đo được thì loadcell đã bị hỏng.
- Ngoài ra, có thể dùng bộ chỉ thị để kết nối với loadcell và đo tín hiệu ngõ ra khi có lực tác động lên loadcell. Nếu tín hiệu ngõ ra không ổn định, không tuyến tính hoặc bằng không thì loadcell cũng đã bị hỏng.
Cách bảo dưỡng loadcell
- Thường xuyên lau chùi và vệ sinh loadcell để tránh bụi bẩn, ẩm ướt, ăn mòn.
- Tránh va đập, quá tải, rung lắc, nhiệt độ cao hoặc các yếu tố gây biến dạng cho loadcell.
- Cần kiểm tra và thay thế các phụ kiện như cáp nối, hộp nối, keo dán… khi có dấu hiệu hư hỏng hoặc lão hóa.
- Cần hiệu chuẩn loadcell định kỳ để đảm bảo độ chính xác của phép đo.
7. Ứng dụng của loadcell trong công nghiệp
Một ví dụ cụ thể về ứng dụng của loadcell trong công nghiệp có thể là:
- Được sử dụng trong các hệ thống cân bồn, cân phễu, cân định lượng phối trộn để kiểm soát khối lượng của các vật liệu trong các nhà máy sản xuất và vận chuyển.
- Sử dụng trong các hệ thống cân băng tải để đo khối lượng của hàng hóa trên băng chuyền trong các nhà máy, sân bay, kho bãi,…
- Sử dụng trong các hệ thống cân xe tải, cân ô tô để đo trọng lượng của xe và hàng hóa trên xe trong các trạm cân công nghiệp.
- Sử dụng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp để đo lực căng, kéo, nén, mô-men xoắn của các thiết bị và máy móc.
- Sử dụng trong các hệ thống cảnh báo quá tải để đảm bảo an toàn lao động và bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.
- Sử dụng trong các hệ thống kiểm tra vật liệu để đo biến dạng và ứng suất của vật liệu khi chịu tác động của lực.
Bài viết trên chúng tôi đã đem đến các thông tin để các bạn nắm rõ hơn về loadcell là gì? hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình sử dụng.
>>> Xem thêm: Thiết bị điều khiển điện là gì? Ví dụ về các thiết bị
