Loadcell là gì? Cấu tạo & nguyên lý hoạt động (2022)

6
90

Loadcell được hiểu là thiết bị đo trọng lượng cần thiết cho cân điện tử hiển thị trọng lượng bằng chữ số. Vậy Loadcell là gì? Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Loadcell được hiểu như thế nào? Là những câu hỏi mà anh em sẽ đặt ra khi bắt đầu tiếp xúc với chúng. Vậy hãy cùng Mecsu tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây.

Loadcell là gì?

Hiểu theo cách đơn giản Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Loadcell thường sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay những lực biến thiên chậm. Có một số trường hợp Loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh và sẽ phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell.

Loadcell là gì

→ Cấu tạo Loadcell

Loadcell được cấu tạo từ hai thành phần chính là “Strain gage” và “Load”.

Cấu tạo Loadcell

  • Strain gage chính là điện trở đặc biệt, với kích thước chỉ bằng móng tay, điện trở sẽ thay đổi khi bị nén hoặc kéo dãn. Nó được nuôi bằng nguồn điện ổn định và được dán chết lên “Load”.
  • Load là một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.

→ Nguyên lý hoạt động

Về nguyên lý hoạt động sẽ dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Phần giá trị lực tác dụng sẽ tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và vì vậy sẽ trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ.

Nguyên lý hoạt động loadcell

Theo như sơ đồ phía trên, một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell, R1 và R4 của cầu điện trở Wheatstone và phần điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác là R2 và R3.

Khi ở trạng thái không tải, điện áp tín hiệu ra sẽ bằng 0 hoặc xấp xỉ bằng 0. Khi đặt vật có khối lượng lên dĩa cân, phần thân Loadcell sẽ bị kéo – nén, làm cho điện trở của các điện trở ở strain gauge sẽ thay đổi theo bởi sự thay đổi độ dài và tiết diện của các dây kim loại trong điện trở.

Tuy nhiên, được biết độ biến dạng của thanh kim loại chỉ là phần trọng lượng mà Loadcell đo được. Để có thể tìm được khối lượng của vật thì cần phải chia cho gia tốc trọng trường.

Khi sản xuất cân, nhà sản xuất sẽ xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng. Giúp cho cân luôn đạt được độ chính xác mong muốn.

→ Công dụng của Loadcell

Công dụng của loadcell như sau: Cảm biến loadcell sẽ chuyên dùng để đo trọng lượng trong nhà như đo khối lượng sản phẩm ở băng tải, giám sát khối lượng silo chứa nguyên liệu, kiểm tra phần trọng lượng của sản phẩm sau khi sản xuất.

Công dụng của Loadcell

Chẳng hạn như trong 1 dây chuyền sản xuất giấy, khi sản phẩm cuối cùng ra đến băng chuyền, loadcell tại băng chuyền đó sẽ đo trọng lượng của sản phẩm. Nếu như sản phẩm đạt được trọng lượng chuẩn thì sẽ chuyển tiếp sang giai đoạn đóng gói. Trường hợp sản phẩm không đạt sẽ loại ngay ra khỏi dây chuyền.

Những thông số nào nên biết về Loadcell?

Dưới đây là thông số kỹ thuật cơ bản cần biết:

  • Độ chính xác: Đây sẽ cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Và độ chính xác phụ thuộc và tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp
  • Công suất định mức: Chính là giá trị khối lượng lớn nhất mà loadcell có thể đo được
  • Dải bù nhiệt độ: Đây là khoảng nhiệt độ mà đầu ra loadcell bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này thì đầu ra sẽ không được đảm bảo thực hiện đúng chi tiết kỹ thuật đưa ra.
  • Cấp bảo vệ: Sẽ được đánh giá theo thang đo IP, ví dụng như IP65 sẽ chống được độ ẩm và bụi
  • Điện áp: Chính là giá trị điện áp làm việc của loadcell (5 – 15V)
  • Độ trễ: Trễ sẽ xảy ra khi kết quả hiển thị dẫn tới sai số trong kết quả. Thường sẽ được đưa ra dưới dạng % của tải trọng.
  • Trở kháng đầu vào: Phần trở kháng này sẽ được xác định thông qua S-và S+, khi mà loadcell chưa kết nối được vào hệ thống hoặc là ở chế độ không tải.

thông số kỹ thuật loadcell

  • Điện trở cách điện: Thường sẽ đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại của loadcell và thiết bị kết nối dòng điện
  • Phá huỷ cơ học: Đây là giá trị tải trọng mà loadcell có thể bị phá vỡ hoặc sẽ bị biến dạng
  • Giá trị ra: Là kết quả đo được (đơn vị: mV)
  • Trở kháng đầu ra: Dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và Ex- , khi trong điều kiện loadcell chưa kết nối hoặc ở chế độ không tải
  • Quá tải an toàn: Chính là công suất mà loadcell có thể vượt qua, ví dụ như 125% công suất
  • Hệ số tác động của nhiệt độ: Chính là đại lượng được đo ở chế độ có tải, sẽ là sự thay đổi công suất của loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ. Ví dụ 0.01%/10 độ C có nghĩa là nếu nhiệt độ tăng thêm 10 độ C thì công suất đầy tải của loadcell sẽ tăng thêm 0.01%)
  • Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: Cũng sẽ tương tự như trên nhưng sẽ đo ở chế độ không tải.

Quy trình sản xuất thiết bị đo trọng lượng Loadcell

Load Cell được sử dụng nhiều trong lĩnh vực cân đo và có thể đưa ra kết quả chính xác. Mà quá trình sản xuất loadcell cần phải trải qua nhiều công đoạn. Dưới đây sẽ là quy trình sản xuất thiết bị đo trọng lượng loadcell để anh em có thể hình dung rõ hơn.

→ Gia công và làm sạch thân loadcell

Gia công thân loadcell sẽ với một hình dạng phức tạp để tối ưu các vị trí biến dạng để có thể gắn các điện trở strain gauge.

Gia công và làm sạch thân loadcell

Sẽ kiểm soát độ nhám bề mặt các vị trí dán strain gauge trên thâm loadcell thông qua việc đánh bóng bề mặt để có thể đảm bảo các bề mặt thô nhám được loại bỏ. Mục đích chính là tăng cường độ kết dính của strain gauge với thân loadcell.

→ Nhúng keo và dán các tầm strain gauge lên thân load cell

Khi đã được làm sạch bề mặt thì thân loadcell và các strain gauge sẽ được phủ bằng lớp keo dính và các strain gauge này sẽ được dán lên thân load cell.

Nhúng keo lên thân load cell

→ Tăng cường sự kết dính giữa tầm strain gauge và thâm load cell

Khuôn ép được sử dụng để tạo áp lực giữa các strain gauge với thân load cell. Phần khuôn sẽ được đặt ở một nhiệt độ cao để có thể tăng cường được sự kết dính của lớp keo.

→ Hiệu chỉnh tải trọng các vị trí khác nhau của load cell

Load cell sẽ được gắn vào một khung bàn cân. Thân của loadcell sẽ được mài dũa và điều chỉnh cho đến khi số hiển thị giống nhau cùng 1 tải trọng đặt lên bất kỳ góc bàn cân nào.

Hiệu chỉnh tải trọng loadcell

→ Kiểm tra tín hiệu loadcell theo nhiệt độ thay đổi

Load cell sẽ được đặt trong buồng kín và nhiệt độ xung quanh được điều chỉnh ở phạm vi nhất định, điện áp tín hiệu ngõ ra của loadcell được đo ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Nếu như trường hợp ngõ ra của loadcell không đạt yêu cầu kỹ thuật, một điện trở bù trừ nhiệt độ sẽ được tích hợp vào mạch cầu của strain gauge.

Kiểm tra tín hiệu loadcell

→ Phủ silicon bảo vệ

Những bề mặt dán các strain gauge và mạch điện trở loadcell sẽ được phủ lớp silicon để bảo vệ strain gauge, mạch điện trở và hệ thống dây điện từ tác động của độ ẩm môi trường.

Phủ silicon bảo vệ loadcell

Anh em có thể thấy quy trình sản xuất của loadcell khá phức tạp và cần có yêu cầu kỹ thuật khắt khe để mang đến hiệu suất tốt nhất.

Nên dùng Loadcell của hãng nào?

Dưới đây là hai loại Loadcell đang được sử dụng phổ biến:

#1 Loadcell Mettler Toleto

Loadcell Mettler toledo đây là hãng chuyên sản xuất loadcell lớn ở nước Mỹ. Về giá thành của những loại loadcell của hàng này thuộc dáng khá đắt đỏ. Nó có thể lên đến vài chục triệu là điều hết sức bình thường.

Loadcell Mettler Toleto

Tuy nhiên, anh em biết đấy, không ngẫu nhiên mà nó lại có giá đắt đến như vậy tất nhiên là tiền nào của nấy rồi. Loại loadcell của hãng này có chất lượng cao và có độ chính xác cao, gần như là tuyệt đối. Về khả năng tùy chỉnh sẽ tuỳ theo từng môi trường và mục đích sử dụng.

#2 Loadcell AND

AND đây là hàng chuyên sản xuất loadcell của Nhật. Loadcell này có ưu điểm vượt trội chính là sở hữu cấu hình mạnh mẽ và không kén chọn loại sàn cân.

Loadcell AND

Ngoài ra, loại cảm biến này còn được làm từ thép không gỉ, có màu sắc sáng bóng và cũng dễ dàng vệ sinh. Vậy nên thương hiệu này hiện nay đang được sử dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy, chạm cân.

Loadcell của 2 hãng này đều có những thế mạnh riêng và có những khả năng nhất định. Vậy nên tuỳ thuộc vào những vấn đề về giá thành, địa điểm để lựa chọn loại hình phù hợp.

Cách chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Analog

Được biết tín hiệu output của loadcell là dưới dạng mV/V. Thường nó sẽ rơi ở khoảng 2 – 3 mV/V trên 1 đầu cân. Đây là tín hiệu rất nhỏ nên sẽ rất dễ bị nhiễu nhất là đối với trường hợp nhà máy có nhiều mô tơ công suất lớn hoặc biến tần.

Hơn nữa, khi cần phải đưa tín hiệu mV/V của loadcell về PLC để lập trình, điều khiển thì sẽ có trường hợp là một số loại PLC không thể đọc được trực tiếp tín hiệu từ loadcell mà chỉ có thể đọc được tín hiệu là 4-20mA/0 – 10V.

Cách chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Analog

Vậy nên khi sử dụng loadcell, thường sẽ dùng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell còn được gọi là bộ khuếch đại tín hiệu loadcell.

Khả năng của bộ chuyển đổi này không chỉ chuyển tín hiệu từ mV/V sang 4- 20 mA/0 – 10V mà còn có khả năng cách ly chống nhiễu tín hiệu và truyền thông ModBUS RTU giúp có thể truyền tín hiệu đi được xa hơn, có thể lên đến 1200m.

⏭️ Mời anh em xem thêm nhé:

Trên đây là những thông tin về Loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Hi vọng rằng với những thông tin mà mình mang đến, anh em sẽ hiểu rõ hơn Loadcell và ứng dụng được nó nhiều vào trong hoạt động sản xuất. Cám ơn anh đã theo dõi bài viết

Mecsu Kiến thức

Đam mê cơ khí trong máu rồi, biết gì chia sẻ đó, anh em cùng nhau chia sẻ nhé
Subscribe
Notify of
6 Bình luận
Inline Feedbacks
View all comments