Loadcell được hiểu là thiết bị đo trọng lượng cần thiết cho cân điện tử hiển thị trọng lượng bằng số. Vậy, Loadcell là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Loadcell được hiểu như thế nào? Đây là những câu hỏi bạn sẽ tự hỏi mình khi bắt đầu. Vậy hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.
Loadcell là gì?
Nói một cách đơn giản, Loadcell là một cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Cảm biến tải trọng thường được sử dụng để phát hiện các lực lớn, tĩnh hoặc thay đổi chậm. Trong một số trường hợp, các tế bào lực được thiết kế để đo lực tác động cao và điều này phụ thuộc vào thiết kế của tế bào lực.
Cấu tạo Loadcell
Cảm biến tải trọng được tạo thành từ hai thành phần chính: “Máy đo biến dạng” và “Tải”.
- Máy đo biến dạng là một loại điện trở đặc biệt, chỉ có kích thước bằng móng tay, điện trở sẽ thay đổi khi bị nén hoặc kéo căng. Nó được cấp nguồn bằng nguồn điện ổn định và được dán nhãn “Sạc”.
- Tải trọng là một thanh kim loại đàn hồi đỡ.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động sẽ dựa trên nguyên lý cầu điện trở Wheatstone cân bằng. Giá trị của lực tác dụng sẽ tỷ lệ thuận với sự biến đổi điện trở gây ra trong cầu điện trở và do đó sẽ trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ.
Theo sơ đồ trên, một điện áp kích thích được cung cấp cho đầu vào của Loadcell , R1 và R4 của cầu điện trở Wheatstone và điện áp tín hiệu đầu ra được đo giữa hai góc còn lại là R2 và R3.
Ở trạng thái không tải, điện áp tín hiệu đầu ra sẽ bằng 0 hoặc khoảng 0. Khi bạn đặt một vật có khối lượng lên cân, thân Loadcell sẽ bị kéo – nén, gây ra điện trở của các điện trở. thay đổi do sự thay đổi về chiều dài và tiết diện của dây kim loại về điện trở.
Tuy nhiên, chúng ta biết rằng độ biến dạng của thanh kim loại chỉ là trọng lượng được đo bằng Loadcell. Để tìm khối lượng của một vật, bạn phải chia nó cho gia tốc trọng trường.
Khi sản xuất cân, nhà sản xuất sẽ chế tạo bộ hiệu chuẩn bên trong cân điện tử để hiệu chuẩn lại cân đến nơi cần thiết. Giúp cân luôn đạt được độ chính xác như mong muốn.
Công dụng của Loadcell
Công dụng của Loadcell như sau: Cảm biến Loadcell sẽ được sử dụng riêng để đo trọng lượng bên trong, ví dụ đo thể tích sản phẩm trên băng tải, giám sát thể tích silo chứa nguyên liệu và kiểm tra trọng lượng sản phẩm sau khi sản xuất. . .
Ví dụ, trong một dây chuyền sản xuất giấy, khi sản phẩm cuối cùng đến băng tải, cảm biến tải trọng của băng tải đó sẽ đo trọng lượng của sản phẩm. Nếu sản phẩm đạt trọng lượng tiêu chuẩn sẽ chuyển sang khâu đóng gói. Trong trường hợp sản phẩm không đạt tiêu chuẩn sẽ bị loại ngay khỏi dây chuyền.
Những thông số nào nên biết về Loadcell?
Dưới đây là những thông số kỹ thuật cơ bản bạn cần biết:
- Độ chính xác: Điều này sẽ cho biết độ chính xác phần trăm của phép đo. Và độ chính xác phụ thuộc vào độ phi tuyến, độ trễ và độ lặp lại.
- Công suất định mức: Đây là giá trị khối lượng lớn nhất mà cảm biến tải trọng có thể đo được
- Phạm vi bù nhiệt độ: Đây là phạm vi nhiệt độ mà đầu ra của cảm biến tải trọng bù đắp. Nếu nằm ngoài phạm vi này, đầu ra sẽ không được đảm bảo đáp ứng các thông số kỹ thuật nhất định.
- Cấp độ bảo vệ: sẽ được đánh giá theo thang IP, ví dụ IP65 sẽ bảo vệ chống lại độ ẩm và bụi
- Điện áp: là giá trị điện áp hoạt động của Loadcell (5 – 15V)
- Độ trễ: Sẽ xảy ra độ trễ khi hiển thị kết quả, gây ra lỗi trong kết quả. Nó thường được biểu thị bằng % của tải.
- Trở kháng đầu vào: Trở kháng này sẽ được xác định thông qua S- và S+, khi cảm biến tải trọng không được kết nối với hệ thống hoặc ở chế độ không tải.
- Điện trở cách điện: Thường được đo ở 50V DC. Giá trị cách điện giữa vỏ kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện
- Phá hủy cơ học: Đây là giá trị tải mà tại đó cảm biến tải trọng có thể bị vỡ hoặc biến dạng.
- Giá trị đầu ra: là kết quả đo được (đơn vị: mV)
- Trở kháng đầu ra: Là trở kháng được đo giữa Ex+ và Ex-, khi cảm biến tải trọng không được kết nối hoặc ở chế độ không tải
- Quá tải an toàn: Đây là mức công suất mà Loadcell có thể vượt qua, ví dụ 125% công suất của nó
- Hệ số tác động nhiệt độ: Đây là đại lượng được đo ở chế độ tải, sẽ là sự thay đổi công suất của Loadcell khi thay đổi nhiệt độ. Ví dụ: 0,01%/10 độ C có nghĩa là nếu nhiệt độ tăng 10 độ C thì tổng khả năng chịu tải của cảm biến tải trọng sẽ tăng 0,01%).
- Hệ số tác động nhiệt độ tại điểm 0: sẽ tương tự như trên nhưng sẽ được đo ở chế độ không tải.
Quy trình sản xuất thiết bị đo trọng lượng Loadcell
Cảm biến tải trọng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cân, đo lường và có thể cung cấp kết quả chính xác. Quá trình sản xuất Loadcell phải trải qua nhiều công đoạn. Dưới đây là quy trình chế tạo thiết bị đo trọng lượng Loadcell để các bạn hình dung rõ ràng hơn.
Gia công và làm sạch thân loadcell
Việc gia công thân Loadcell sẽ có hình dạng phức tạp để tối ưu hóa các vị trí biến dạng cho phép gắn các điện trở đo biến dạng.
Độ nhám bề mặt của các vị trí dán máy đo biến dạng trên cảm biến tải trọng sẽ được kiểm soát bằng cách đánh bóng bề mặt để đảm bảo loại bỏ các bề mặt gồ ghề. Mục tiêu chính là tăng độ bám dính của máy đo biến dạng với thân Loadcell .
Nhúng keo và dán các tầm strain gauge lên thân load cell
Sau khi bề mặt được làm sạch, thân Loadcell và các cảm biến đo biến dạng sẽ được phủ một lớp keo và các cảm biến đo biến dạng này sẽ được dán vào thân Loadcell .
Tăng cường sự kết dính giữa tầm strain gauge và thâm load cell
Khuôn ép được sử dụng để tạo áp suất giữa máy đo biến dạng và thân Loadcell . Khuôn sẽ được đặt ở nhiệt độ cao để tăng cường độ bám dính của lớp keo.
Hiệu chỉnh tải trọng các vị trí khác nhau của load cell
Cảm biến tải trọng sẽ được gắn trên khung cân bằng. Thân Loadcell sẽ được mài sắc và điều chỉnh cho đến khi số hiển thị giống với tải trọng đặt ở bất kỳ góc nào của cân.
Kiểm tra tín hiệu loadcell theo nhiệt độ thay đổi
Loadcell sẽ được đặt trong một buồng kín và nhiệt độ xung quanh được điều chỉnh trong một khoảng nhất định, điện áp tín hiệu đầu ra của Loadcell được đo ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Nếu đầu ra của Loadcell không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, một điện trở bù nhiệt độ sẽ được tích hợp vào mạch cầu đo biến dạng.
Phủ silicon bảo vệ
Các bề mặt mà cảm biến đo biến dạng và mạch điện trở được liên kết sẽ được phủ silicon để bảo vệ cảm biến đo biến dạng, mạch điện trở và hệ thống dây điện khỏi tác động của độ ẩm môi trường.
Có thể thấy quy trình sản xuất Loadcell khá phức tạp và đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khắt khe để mang lại hiệu quả tốt nhất.
Nên sử dụng Loadcell của hãng nào?
Dưới đây là hai loại Loadcell thường được sử dụng:
Loadcell Mettler Toleto
Cảm biến tải trọng Mettler Toledo là nhà sản xuất cảm biến tải trọng hàng đầu tại Hoa Kỳ. Xét về giá thành, cảm biến tải trọng của sản phẩm này khá đắt. Con số này có thể lên đến vài chục triệu là điều hoàn toàn bình thường.
Tuy nhiên, bạn biết đấy, không phải ngẫu nhiên mà nó đắt đến thế, tất nhiên bạn sẽ nhận được những gì mình phải trả. Các cảm biến cân của hãng này có chất lượng cao và có độ chính xác cao, gần như tuyệt đối. Khả năng tùy biến sẽ tùy thuộc vào từng môi trường và mục đích sử dụng.
Loadcell AND
VÀ đây là nhà sản xuất Loadcell chuyên dụng của Nhật Bản. Cảm biến tải trọng này có ưu điểm vượt trội là có cấu hình chắc chắn và không kén chọn loại bệ cân.
Ngoài ra, loại cảm biến này còn được làm bằng thép không gỉ, có màu sắc sáng bóng và cũng dễ dàng vệ sinh. Vì vậy, thương hiệu này hiện đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nhà máy, đạt quy mô lớn.
Cảm biến tải trọng của hai công ty này đều có thế mạnh và khả năng nhất định riêng. Vì vậy, căn cứ vào vấn đề giá cả, vị trí để lựa chọn loại hình phù hợp.
Cách chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Analog
Chúng ta biết rằng tín hiệu đầu ra từ cảm biến tải trọng có định dạng mV/V. Thông thường nó giảm xuống khoảng 2 đến 3 mV/V trên đầu cân. Đây là tín hiệu rất nhỏ nên sẽ dễ bị gián đoạn, nhất là trong trường hợp nhà máy có nhiều động cơ hoặc bộ truyền động công suất lớn.
Ngoài ra, khi cần gửi tín hiệu mV/V từ Loadcell về PLC để lập trình và điều khiển sẽ có trường hợp một số loại PLC không thể đọc trực tiếp tín hiệu từ Loadcell mà chỉ đọc được tín hiệu. từ Cảm biến tải trọng là 4 đến 20 mA/0 đến 10 V.
Vì vậy khi sử dụng Loadcell người ta sẽ thường xuyên sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell hay còn gọi là bộ khuếch đại tín hiệu Loadcell .
Khả năng của bộ chuyển đổi này không chỉ chuyển đổi tín hiệu từ mV/V sang 4-20 mA/0-10 V mà còn có khả năng cách ly nhiễu tín hiệu và giao tiếp ModBUS RTU giúp truyền tín hiệu trên khoảng cách xa. Ngoài ra, có thể lên tới 1.200 m. .
Trên đây là thông tin về Loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó. Chúng tôi hy vọng với những thông tin tôi cung cấp, các bạn sẽ hiểu rõ hơn về Loadcell và áp dụng nó nhiều hơn vào hoạt động sản xuất. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết này
