Load cell là gì? Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách kiểm tra loadcell

Kyoritsuvietnam.net 07/04/2022 5720 lượt xem

Cân điện tử là một trong những thiết bị phổ biến hiện nay. Để cân điện tử hoạt động ổn định, cho kết quả đo chính xác thì không thể thiếu Load cell. Vậy load cell là gì, cấu tạo và nguyên lý làm việc của loadcell ra sao? Mời bạn đọc bài viết sau để biết thêm về kiến thức này nhé!

Load cell là gì?

Load cell là thiết bị đo lường trọng lượng cần thiết để cân điện tử hiển thị trọng lượng thành số. Người ta còn gọi loadcell là cảm biến tải trọng. Cụ thể, load cell là thành phần không thể thiếu trong hệ thống cân điện tử. Chúng là những cảm biến lực như: khối lượng, mô-men xoắn,... Hệ thống loadcell còn được biết đến như một đầu dò tải (load transducer), giúp chuyển đổi một tải trọng thành tín hiệu điện.

*Hình ảnh minh hoạ cảm biến tải trọng load cell*

Cảm biến loadcell được ứng dụng trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Chúng được dùng trong các loại cân điện tử như: cân điện tử công nghiệp, cân bàn, cân treo, cân kỹ thuật, cân băng tải,...

Cấu tạo loadcell

Sau khi biết khái niệm cảm biến loadcell là gì, chúng ta cùng tìm hiểu về cấu tạo của cảm biến này.

Cấu tạo của loadcell gồm hai phần: “Strain gage” và “Load“, cụ thể như sau:

Strain gauge: là thành phần chính của hệ thống loadcell. Strain gauge là cảm biến đặc biệt có kích thước nhỏ bằng móng tay. Bộ phận này gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi. Nó có điện trở thay đổi với lực tác dụng. Khi bị nén, điện trở của máy sẽ giảm xuống. Khi dây kim loại của strain gauge bị kéo dài, điện trở sẽ tăng lên. Điện trở thiết bị thay đổi tỷ lệ với lực tác động.
Load: đây là thanh kim loại chịu tải trong hệ thống load cell, có khả năng đàn hồi cao.

Về thiết kế, loadcell có hình dạng tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng. Chúng thường được làm bằng các kim loại khác nhau. Phổ biến nhất là nhôm hợp kim thép, thép không gỉ, thép hợp kim,...

Nguyên lý làm việc của loadcell

Sau khi biết loadcell là gì, chúng ta cùng tìm hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống cảm biến này nhé!

Nguyên lý làm việc của loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý Wheatstone. Đây là nguyên lý cầu điện trở cân bằng.

Khi có lực tác động lên loadcell, thân load cell sẽ bị thay đổi ( giãn ra hoặc nén vào). Dẫn đến sự thay đổi của chiều dài sợi kim loại strain gauges dán trên thân loadcell. Gây ra sự thay đổi giá trị của các điện trở ở strain gauges. Từ đó dẫn đến thay đổi trong điện áp đầu ra. Sự thay đổi này rất nhỏ, dữ liệu này sẽ được chuyển thành số nhờ bộ khuếch đại của cân điện tử.

Phân loại loadcell

Hệ thống cảm ứng load cell được chia thành nhiều loại khác nhau, tuỳ vào mục đích sử dụng. Chúng ta có thể phân loại loadcell như sau:

Phân loại loadcell theo phương hướng lực tác dụng

Loadcell dạng nén (compression load cell).
Loadcell dạng uốn (bending).
Loadcell dạng kéo (shear load cell)
Loadcell dạng xoắn (Tension Load cell)

Phân loại loadcell theo hình dạng

Loadcell dạng hình trụ
Loadcell dạng hình cầu
Loadcell dạng hình thanh
Loadcell dạng hình chữ Z
Loadcell dạng hình xoắn.

Phân loại theo dạng tín hiệu truyền và nhận

Load Cell analog
Load Cell digital.

Thông số kỹ thuật của load cell

Để hiểu thêm về hệ thống loadcell, người ta sẽ đọc các thông số của nó. Dưới đây là những thông số thường gặp ở loadcell, mời bạn tham khảo.

Độ chính xác: Chỉ số này cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Chỉ số càng nhỏ thì máy cân cho kết quả đo càng chính xác.
Công suất định mức: Chỉ số là là giá trị khối lượng lớn nhất (Max) mà hệ thống loadcell đo được.
Dài bù nhiệt độ: Đây là chỉ số chỉ khoảng nhiệt độ mà đầu ra của hệ thống loadcell được bù vào.
Cấp bảo vệ: Thông số này được đánh giá theo thang đo IP ( chỉ số IP: bảo vệ chống xâm nhập).
Điện áp: thường đưa giá giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của điện áp làm việc ( 5 - 15V).
Độ trễ: chỉ số biểu thị hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả, gây ra tình trạng sai số trong kết quả.
Trở kháng đầu vào: Thông số này được xác định thông qua S- và S+. Khi loadcell chưa kết nối hoặc đang ở chế độ không tải.
Trở kháng đầu ra: Giống thông số trở kháng đầu vào nhưng được xác định thông qua Ex+ và Ex-, trong điều kiện load cell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
Điện trở cách điện: Nhiều người thắc mắc điện trở cách điện của load cell là gì? Đây là giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại của hệ thống loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
Phá huỷ cơ học: Người dùng cần lưu ý đến chỉ số này. Đây là giá trị tải trọng mà thiết bị loadcell có thể bị phá vỡ, bị hỏng và biến dạng.
Giá trị ra: kết quả đo được thường dùng đơn vị mV.
Quá tải an toàn: Chỉ số chỉ công suất mà cảm biến Loadcell có thể vượt qua.
Hệ số tác động của nhiệt độ: Là sự thay đổi công suất của load cell dưới sự biến đổi của nhiệt độ. Chỉ số được đo ở chế độ có tải.
Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm không: Là thông số đo giống hệ số tác động của nhiệt độ, nhưng đo ở chế độ không tải.

Xem thêm:

Cách kiểm tra loadcell sống hay chết bằng đồng hồ vạn năng

Sau khi biết loadcell là gì, ta nhận thấy hệ thống cảm biến tải trọng rất quan trọng đối với cân điện tử. Nếu cảm biến xảy ra vấn đề sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo của thiết bị. Để biết loadcell có hoạt động bình thường hay không, người ta thường kiểm tra loadcell sống hay chết bằng đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở ohm.

*Đồng hồ vạn năng giúp kiểm tra loadcell*

Cách kiểm tra loadcell sống hay chết như sau:

Bước 1: Test nguội để đo thông số kĩ thuật của loadcell bằng đồng hồ đo điện trở ohm

Dùng đồng hồ đo vạn năng đo mức điện trở ở hai dây kết nối đầu ra và đầu vào của loadcell. Trong quá trình kiểm tra, nếu thông số của cảm biến vẫn hoạt động bình thường thì loadcell chưa bị hỏng. Cách làm cụ thể như sau:

Đối với loadcell có catalogue hoặc người dùng đã biết thông số của điện trở: dùng đồng hồ đo 2 giá trị điện trở ở ngõ vào (đo 2 dây tín hiệu +E (+IN) và -E (-IN)). Và đo giá trị điện trở ở ngõ ra (đo 2 dây tín hiệu +Sig (+OUT) và -Sig (-OUT)). Nếu có sự sai lệch trong biên độ +/- cho phép thì loadcell vẫn hoạt động tốt. Nếu không thì cảm biến tải trọng này đã hỏng.
Đối với loadcell không biết thông số điện trở, không có cataloge: bạn đo 6 giá trị thông số điện của thiết bị. Nếu không đo được hoặc bị đứt rời thì máy sẽ không hiển thị kết quả. Nghĩa là loadcell đã hỏng.

Với cách test nguội bằng thiết bị đo điện này, để kết quả kiểm tra có tính chính xác cao thì bạn nên lựa chọn loại đồng hồ có chức năng đo điện trở đến từ các thương hiệu uy tín. Một vài sản phẩm tiêu biểu mà bạn có thể tham khảo như: đồng hồ vạn năng Kyoritsu 1009, Kyoritsu 1011, Kyoritsu 2001, Hioki 3030-10, Hioki DT4256...

Bước 2. Test nóng để kiểm tra khả năng hoạt động của loadcell khi đấu nối loadcell với bộ chỉ thị

Khi kiểm tra xong bước 1 mà các thông số của cảm biến vẫn bình thường, chứng tỏ máy đang hoạt động tốt. Xác xuất cảm biến loadcell hỏng là 50/50.

Để chắc chắn hơn, ta test nóng thiết bị. Vậy test nóng load cell là gì? Đây là việc đấu nối loadcell với bộ chỉ thị để kiểm tra lại khả năng hoạt động của hệ thống cảm biến. Load cell còn hoạt động tốt sẽ hiển thị các chỉ số ổn định. Trường hợp hệ thống máy có nhiều loadcell thì nên so sánh giá trị hiệu số có tải - không tải xem có khác nhau không. Nếu chênh lệch nhiều thì loadcell của thiết bị đã bị hỏng.

*Kiểm tra load cell bằng cách quan sát phần cứng của thiết bị*

Ngoài ra, chúng ta có thể kiểm tra loadcell có bị hỏng hay không bằng cách quan sát thiết bị. Kiểm tra phần cứng thiết bị, xem các vị trí bắt ốc vít có bị gỉ sét hay không. Kiểm tra lớp keo bảo vệ bộ phận strain gage có bị bong tróc hay không. Nếu phát hiện các lỗi này, bạn có thể sửa chữa lại cảm biến tải trọng này.

Những vấn đề thường gặp khi sử dụng loadcell là gì?

Hệ thống cảm biến load cell được dùng cho các loại cân điện tử. Trong quá trình sử dụng, hệ thống cảm biến này sẽ không tránh khỏi xảy ra vài vấn đề. Bạn nên lưu ý để nhanh chóng phát hiện và xử lý các lỗi này nhé!

Lắp đặt cảm biến vào cân bị sai: Lắp cảm biến tải trọng vào hộp nối của cân đúng kỹ thuật sẽ giúp máy vận hành trơn tru, cho kết quả tốt. Nếu lắp sai có thể dẫn đến các cảm biến không cho kết quả đo chính xác. Gây ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng của cân điện tử.
Quá tải khi cân: Cảm biến có các chỉ số định mức về trọng lượng. Ví dụ như loadcell 5kg, loadcell 500kg,... Khi cân, ta không nên cân khối lượng vượt quá các chỉ số định mức này. Nếu không, cân sẽ không cho được kết quả chính xác. Đồng thời cân điện tử và cảm biến load cell dễ bị hỏng, vỡ nát.
Để ý khi đấu dây: Các dây dẫn nối với cảm biến có thể bị ăn mòn theo thời gian hoặc do môi trường. Điều này sẽ khiến tín hiệu của cảm biến bị thay đổi gây sai lệch. Vì vậy, bạn cũng cần chú ý đến các đầu dây nối. Đảm bảo nối đúng và dây không bị hở hoặc mòn.
Nguy hiểm về điện: Các cảm biến có thể bị hỏng do dòng điện cảm ứng hoặc dòng điện dẫn. Sấm sét hoặc một số tác động ngoại cảnh khác cũng có thể gây ra hỏng hóc cho thiết bị tải trọng này.

Bài viết trên đã giúp bạn biết được load cell là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như cách kiểm tra loadcell sống hay chết. Hy vọng sẽ giúp ích cho bạn trong việc sử dụng và sửa chữa cân điện tử và cảm biến tải trọng load cell. Theo dõi trang tin của chúng tôi để biết thêm nhiều kiến thức hữu ích nữa nhé!