Cảm biến tải (Load Cell) là gì? Phân loại và nguyên lý hoạt động của Load Cell

Làm thế nào để bạn có được một chiếc cân để đưa ra kết quả đo chính xác của một chiếc xe tải 18 bánh? Bạn sẽ sử dụng loại dụng cụ nào để đo lực cắn của một con cá mập trắng lớn? Những câu hỏi này có vẻ như chúng áp dụng cho hai tình huống rất khác nhau, nhưng, kỳ lạ thay, chúng có cùng một câu trả lời: bằng cách sử dụng Load Cell.

Load Cell tạm dịch là Cảm biến tải trọng hay Cảm biến lực, là một cảm biến đo các lực tác dụng. Cảm biến lực có khả năng đo cả lực căng (lực cần thiết để kéo thứ gì đó) và độ nén (lực cần thiết để ép/nén thứ gì đó). Để đo các lực này, cảm biến tạo ra một đầu ra điện thay đổi tùy thuộc vào lượng tải được đặt vào.

Cảm biến lực rất phổ biến và được tích hợp vào các đồ vật mà mọi người sử dụng hàng ngày như hệ thống tự kiểm tra tại cửa hàng tạp hóa hoặc cân phòng tắm. Nhưng chúng cũng được sử dụng trong các công nghệ cao hơn. Các kỹ sư dựa vào các cảm biến này để đo lực đẩy của động cơ tên lửa, lực bám của móng vuốt robot và nhiều ứng dụng tiên tiến khác.

Xem Nhanh Nội Dung [Ẩn]

• Các loại Load Cell:
  • Dưới đây là tổng quan về các loại cảm biến lực đo biến dạng phổ biến nhất:
• Cảm biến lực hoạt động như thế nào?
• Làm thế nào để bạn đọc tín hiệu của cảm biến

Các loại Load Cell:
Có ba loại cảm biến lực chính sử dụng một cách khác nhau để chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện ngõ ra: cảm biến lực khí nén (pneumatic load cells), cảm biến lực thủy lực (hydraulic load cells) và cảm biến lực đo biến dạng (strain gauge load cells). Trong ba danh mục chính này là các danh mục phụ. Chúng tôi sẽ tập trung vào loại cảm biến lực phổ biến nhất: máy đo biến dạng hoặc cảm biến đo lực căng (Strain Gauge).

Cảm biến lực đo độ căng là một loại cảm biến lực điện trở, bao gồm: Single Point Load cells, Button Load Cells, S-Beam Load Cells, Miniature Load Cells, Thru-Hole Load Cells, and Pancake Load Cells.

Mỗi phần phụ là lý tưởng cho một loại thử nghiệm khác nhau. S-beam load cell sẽ được sử dụng trong các ứng dụng Kiểm tra lực kéo và lực nén. Button load cell chỉ thích hợp cho ứng dụng nén trong khi Thru-Hole Load Cells sẽ là lựa chọn tốt nhất để đo tải cần có ren (ví dụ: thử nghiệm lực bu lông).

Dưới đây là tổng quan về các loại cảm biến lực đo biến dạng phổ biến nhất:
In-Line Load Cells – Kiểu cảm biến này có thể được sử dụng trong cả ứng dụng tải căng và nén. Cảm biến lực In-line cung cấp độ chính xác cao và độ cứng cao với cần khe hở lắp đặt tối thiểu. Chúng rất tốt cho các ứng dụng độ bền, lệch tâm và nén.

Load Button Load Cells – Những cảm biến lực này có một bề mặt phẳng, mặt nhô lên (hay còn gọi là nút), nơi lực nén tác dụng vào. Điều ấn tượng về các nút tải (Load Button) là thiết kế biên dạng thấp của chúng. Tuy nhỏ nhưng chúng được biết đến với độ bền và được sử dụng trong các ứng dụng độ mỏi.

S-Beam Load Cells – Với các tên khác bao gồm cảm biến lực Z-Beam hoặc S-Type, S-Beam là một cảm biến lực căng và nén với đầu ren cái để lắp đặt. Độ chính xác cao và cấu hình mỏng, nhỏ gọn, loại cảm biến lực này rất phù hợp cho các ứng dụng phản hồi điều khiển tự động và xử lý nội tuyến.

Thru-Hole Load Cells – Còn được gọi là cảm biến lực hình bánh rán hoặc cảm biến lực hình vòng đệm, những cảm biến này theo truyền thống có đường kính bên trong trơn được sử dụng để đo tải trọng nén yêu cầu một thanh truyền đi qua tâm của nó. Một trong những ứng dụng chính của loại cảm biến này là đo tải trọng bu lông.

Pancake Load Cells – Cảm biến lực dạng pancake, kiểu hộp hoặc đa năng có một lỗ ren trung tâm để đo tải ở dạng căng hoặc nén. Các cảm biến lực này được sử dụng trong các ứng dụng cần độ bền cao, tuổi thọ mỏi cao hoặc các phép đo trong dòng công suất lớn. Chúng cũng có khả năng chống tải lệch trục cao.

Rod-End Load Cells – Loại cảm biến lực này cung cấp một đầu ren đực và một đầu ren cái để lắp. Sự kết hợp ren đực và cái rất phù hợp trong các ứng dụng mà bạn cần lắp cảm biến một vật cố định hiện có.

Cảm biến lực hoạt động như thế nào?
Cảm biến lực thường tạo ra tín hiệu điện tính bằng milivôn, thay đổi tỷ lệ thuận với tải đang được áp dụng. Tuy nhiên, một số cảm biến lực tạo ra tín hiệu kỹ thuật số hoặc tín hiệu tương tự được khuếch đại khác nhau: điện áp, ví dụ +/- 10V hoặc dòng điện, ví dụ 4-20 mA.

Vì vậy, làm thế nào để cảm biến lực đo biến dạng tạo ra tín hiệu điện? Bên trong, các đồng hồ đo biến dạng được liên kết với các điểm cấu trúc chính và được kết nối với nhau thành một cầu Wheatstone hoàn chỉnh. Bên trong mỗi thước đo là một loạt các dây nhỏ. Khi một lực tác dụng lên cảm biến lực, đồng hồ đo biến dạng chịu biến dạng không đàn hồi gây ra sự thay đổi chiều dài trong dây mảnh của đồng hồ đo. Điều này làm thay đổi điện trở của đồng hồ đo biến dạng, tạo ra sự thay đổi có thể đo được trong điện áp qua cầuWheatstone. Sự thay đổi điện áp này là một mối quan hệ tuyến tính đối với tải.

Làm thế nào để bạn đọc tín hiệu của cảm biến?
Để đọc tín hiệu đầu ra của cảm biến lực và xem kết quả từ thử nghiệm của bạn, bạn có thể sử dụng bộ khuếch đại tương tự cho DAQ, PLC hoặc màn hình tương tự khác.

Một tùy chọn khác là kết nối cảm biến với một thiết bị kỹ thuật số như USB, sau đó chuyển dữ liệu sang máy tính. Bất kỳ cái nào trong số này đều có thể được tích hợp để hoạt động với cảm biến lực, cảm biến mô-men xoắn và cảm biến áp suất, đồng thời cung cấp các kết quả đọc chính xác cao.

XEM SẢN PHẨM :
Bộ Hiển Thị Tín Hiệu Load Cells, Cho Cài 30 Điểm Phi Tuyến Tính N1500-LC | Novus – Brazil