Trong thời đại hiện đại của tự động hóa công nghiệp Và đo lường chính xác, cái cảm biến lực là một trong những thành phần quan trọng nhất. Đóng vai trò là cầu nối giữa thế giới vật lý và thế giới số, cảm biến lực chuyển đổi ngay cả những lực cơ học nhỏ nhất thành tín hiệu điện có thể được xử lý, phân tích và hiển thị. Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng ta sẽ khám phá cách hoạt động của cảm biến lực, các loại khác nhau có sẵn, tiêu chí lựa chọn, lắp đặt cảm biến lực, hiệu chuẩn cảm biến lực, cân nhắc về độ chính xác, giá cả và các biện pháp tốt nhất để sử dụng lâu dài.
Cảm biến lực hoạt động như thế nào?
Các nguyên lý hoạt động của cảm biến lực về cơ bản dựa trên công nghệ đo ứng suất. Khi một lực hoặc trọng lượng được tác dụng lên một cảm biến lực, nó phần tử đàn hồi (thường là hợp kim nhôm, thép không gỉ hoặc thép hợp kim) chịu biến dạng nhỏ. Cảm biến biến dạng, là các điện trở chính xác được gắn vào vật liệu đàn hồi, cũng biến dạng đồng thời. Điều này khiến giá trị điện trở của chúng thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng.
Các máy đo ứng suất thường được cấu hình trong một Mạch cầu Wheatstone, cho phép phát hiện chính xác các biến thiên điện trở. Kết quả là một thay đổi nhỏ trong điện áp đầu ra, được biểu thị bằng milivôn trên vôn (mV/V). Tín hiệu này sau đó được khuếch đại và chuyển đổi thành định dạng kỹ thuật số để xử lý bằng các chỉ báo cân, PLC hoặc bộ điều khiển.
Các khái niệm chính:
- Yếu tố đàn hồi: Thân chính của cảm biến lực chịu tải trọng tác dụng.
- Máy đo biến dạng: Điện trở nhạy cảm chuyển đổi sự biến dạng thành những thay đổi về điện trở.
- Cầu Wheatstone: Mạch chuyển đổi sự thay đổi điện trở thành điện áp có thể đo được.
- Tín hiệu đầu ra: Tín hiệu điện tỷ lệ thuận với tải trọng được áp dụng.
Giải thích sơ đồ cảm biến lực
Mặc dù cảm biến lực có nhiều loại, nhưng cấu trúc bên trong của chúng có chung các thành phần. Dưới đây là một ví dụ đơn giản sơ đồ cảm biến lực:
Về mặt thực tế:
- Một lực được tác dụng vào điểm đầu vào của tải.
- Vật thể đàn hồi bị biến dạng và máy đo ứng suất sẽ cảm nhận sự biến dạng này.
- Cầu Wheatstone tạo ra điện áp tỷ lệ thuận.
- Đầu ra được xử lý và hiển thị dưới dạng trọng lượng.
Cho dù đó là một cảm biến lực một điểm, Loại S, hoặc tế bào cột nén, nguyên tắc này vẫn mang tính phổ quát.
Các loại cảm biến lực
Việc lựa chọn đúng loại cảm biến lực là điều cần thiết để đo lường chính xác:
- Cảm biến lực một điểm: Thích hợp cho các nền tảng nhỏ, cân bán lẻ và máy kiểm tra trọng lượng.
- Cảm biến lực loại S: Đo cả độ căng và độ nén, được sử dụng rộng rãi trong cân phễu và cân cần cẩu.
- Cảm biến lực dầm cắt / dầm công xôn: Thích hợp cho bồn chứa, silo và cân băng tải.
- Cột nén / Loại nan hoa: Được thiết kế cho các ứng dụng nặng như cân xe tải và cân đường sắt.
- Cảm biến lực thủy lực và khí nén: Được sử dụng khi nhiễu điện là vấn đề đáng lo ngại.
Tiêu chí lựa chọn cảm biến lực
Khi lựa chọn một cảm biến cân load cell, hãy xem xét những yếu tố sau:
-
Công suất (Phạm vi)
-
Phù hợp tải trọng tối đa với biên độ an toàn bổ sung (thường là 120–150%).
-
Đối với hệ thống nhiều ô (ví dụ: 4 cảm biến lực dưới một bệ), hãy chia tổng công suất tải cho phù hợp.
-
-
Độ chính xác của cảm biến lực
-
Được phân loại theo tiêu chuẩn OIML hoặc NTEP (C1, C3, C5, v.v.).
-
Cảm biến lực C3 là phổ biến nhất, cung cấp độ chính xác ±0,02%.
-
-
Điều kiện môi trường
-
Chuẩn IP65/IP67 chống bụi và chống nước bắn.
-
IP68/IP69K dành cho môi trường có thể rửa trôi và ngâm nước.
-
-
Vật liệu
- Nhôm: Tiết kiệm chi phí, phù hợp với tải trọng nhẹ hơn.
- Thép không gỉ: Chống ăn mòn, lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt.
-
Đầu ra tín hiệu và khả năng tương thích
- Analog (mV/V) cho phép cân chuẩn.
- Cảm biến lực kỹ thuật số (RS485, CAN bus) để tích hợp nâng cao.
-
Những cân nhắc cụ thể cho ứng dụng
- Khả năng chịu tải va đập cho cân động.
- Chứng nhận chống nổ cho khu vực nguy hiểm.
Thực hành tốt nhất về lắp đặt cảm biến lực
Không đúng cách lắp đặt cảm biến lực là nguyên nhân chính gây ra sự thiếu chính xác và hỏng hóc sớm. Hãy làm theo các hướng dẫn sau:
-
Bề mặt phẳng, cứng: Đảm bảo bề mặt lắp đặt ổn định và cân bằng.
-
Siết chặt bu lông: Sử dụng mô-men xoắn theo khuyến nghị của nhà sản xuất để tránh biến dạng.
-
Căn chỉnh: Tải trọng phải được tác dụng vào tâm; tránh tải trọng lệch tâm.
-
Thiết bị chống xoay: Ngăn ngừa xoắn không mong muốn (quan trọng đối với tế bào loại S).
-
Sự cách ly: Giảm thiểu lực tác động, rung động và hiệu ứng giãn nở vì nhiệt.
-
Niêm phong môi trường: Sử dụng nắp bảo vệ trong môi trường ẩm ướt hoặc ăn mòn.
Đối với hệ thống cân silo hoặc bồn chứa, hãy sử dụng bộ dụng cụ lắp đặt có nút tải, chốt lắc hoặc đế tự căn chỉnh để đảm bảo chuyển tải đúng cách.
Hướng dẫn hiệu chuẩn cảm biến lực
Hiệu chuẩn cảm biến lực rất quan trọng đối với độ chính xác. Nó đảm bảo đầu ra điện tương ứng chính xác với trọng lượng được áp dụng.
Các bước hiệu chuẩn:
-
Hiệu chuẩn số không
-
Tháo bỏ toàn bộ tải và đặt hệ thống về số 0.
-
-
Hiệu chuẩn khoảng cách
-
Áp dụng trọng lượng đã biết (tốt nhất là gần mức tải trọng tối đa).
-
Điều chỉnh hệ thống sao cho công suất đầu ra phù hợp với tải trọng được áp dụng.
-
-
Hiệu chuẩn đa điểm
-
Đối với các ứng dụng có độ chính xác cao, hãy hiệu chuẩn ở nhiều mức trọng lượng.
-
-
Điều chỉnh góc (Nền tảng bốn ô)
-
Đặt vật nặng vào mỗi góc để kiểm tra độ đồng nhất.
-
Điều chỉnh miếng đệm hoặc sử dụng chức năng hiệu chỉnh góc điện tử.
-
Mẹo chuyên nghiệp: Luôn sử dụng quả cân kiểm tra đã được chứng nhận và hiệu chuẩn lại định kỳ. Việc hiệu chuẩn lại là bắt buộc sau khi sửa chữa, di dời hoặc thay đổi kết cấu.
Các yếu tố hiệu suất và độ chính xác của cảm biến lực
Các sự chính xác của một cảm biến lực phụ thuộc vào một số thông số:
- Leo: Trôi dạt dưới tải trọng không đổi.
- Tính tuyến tính: Độ lệch trong phạm vi tải.
- Độ trễ: Sự khác biệt trong kết quả đọc khi tải và dỡ hàng.
- Bù nhiệt độ: Độ ổn định trong điều kiện nhiệt độ thay đổi.
Đối với các ứng dụng được thương mại chấp thuận, cảm biến lực phải đáp ứng các yêu cầu chứng nhận quốc tế (OIML, NTEP, v.v.).
Giá cảm biến lực: Những điều cần biết
Các giá cảm biến lực thay đổi tùy thuộc vào:
- Loại và Công suất: Một cell đơn điểm 10kg có thể có giá $18–50, trong khi một cell nén 50 tấn có thể có giá vượt quá $1.000.
- Lớp chính xác: Độ chính xác cao hơn (C5, C6) làm tăng đáng kể chi phí.
- Vật liệu và niêm phong:Cảm biến lực bằng thép không gỉ, kín khí có giá thành cao hơn.
- Thương hiệu và Chứng nhận: Các thương hiệu nổi tiếng được NTEP/OIML chấp thuận thường có mức giá cao.
Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp, Cảm biến lực bằng thép không gỉ loại C3 cung cấp sự cân bằng tốt nhất giữa độ chính xác, độ bền và giá cả.
Bảo trì và sử dụng lâu dài
Để tối đa hóa hiệu suất và tuổi thọ:
- Tránh quá tải và va chạm cơ học.
- Giữ cho cảm biến lực sạch sẽ và khô ráo.
- Kiểm tra hệ thống dây điện thường xuyên để tránh các vấn đề về tín hiệu.
- Tấm chắn chống nhiễu điện từ (EMI).
- Lên lịch hiệu chuẩn định kỳ.
Phần kết luận
Các cảm biến tải trọng là thiết bị không thể thiếu đối với các hệ thống cân hiện đại, mang lại độ chính xác, độ tin cậy và tính linh hoạt vượt trội trong nhiều ngành công nghiệp từ chế biến thực phẩm đến hàng không vũ trụ. Bằng cách hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến lực, chọn đúng mô hình, tuân theo đúng lắp đặt cảm biến lực thực hành và thực hiện chính xác hiệu chuẩn cảm biến lực, doanh nghiệp có thể đảm bảo hiệu suất tối ưu và tính ổn định lâu dài.
Cho dù bạn là kỹ sư thiết kế hệ thống cân hay quản lý nhà máy bảo trì thiết bị, hướng dẫn này sẽ trang bị cho bạn kiến thức để đưa ra quyết định sáng suốt về cảm biến lực.
Vietnamese 
English 
Portuguese 
Russian 
Spanish 
Arabic 
Turkish 
Hindi