Loadcell một thiết bị không thể thiếu khi nói đến cân hay còn gọi là thiết bị cân điện tử hiển thị số chính xác nhất. Các loại cân điện tử trong siêu thị cho tới các trạm cân xe tải đều sử dụng một thiết bị gọi là loadcell để đo trọng lượng.
Vậy loadcell là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của loadcell như thế nào? Loadcell có mấy loại, quy ước màu dây như thế nào? Là những câu hỏi mà anh em thường bối rối khi ít khi tiếp xúc với loadcell. Hãy cùng huphaco tìm hiểu ngay trong bài viết này nhé.
Tóm Tắt Nội Dung
Loadcell là gì?
Hiểu một cách đơn giản thì loadcell chính là thành phần chính của tất cả các cân điện tử hiện nay. Loadcell chính là trái tim của các đầu cân hiển thị số.
Loadcell còn được gọi là cảm biến lực được thiết dùng để đo lực kéo hoặc lực nén. Lực kéo dành cho các ứng dụng như cẩu trục nâng hạ hàng hóa, lực căng dây cầu.
Lực nén được dùng cho hầu hết các loại cân: cân điện tử, cân tải trọng của xe, cân trọng lượng của silo… Bên trong các cân này đều chứa một hoặc nhiều loadcell.
Cấu tạo loadcell
Cấu tạo loadcell khá đơn giản với ba thành phần chính:
- Cố định vào đế: phần này được lắp chết vào đế của đầu cân
- Strain Gauge: cảm biến sự biến dạng của thân loadcell trong quá trình cân
- Phần chịu lực: phần này được lắp vào tải trọng cần đo
Bất kỳ một loacell nào cũng sẽ được thiết kế sao cho cảm biến lực phải đảm bảo an toàn không được quá tải nhưng phải đo trọng lượng chính xác.
Nguyên lý làm việc của loadcell
Nguyên lý làm việc của loadcell dựa trên sư thay đổi điện trở cầu wheatstone. Giá trị lực tác động vào loadcell sẽ tỉ lệ thuận với sự thay đổi của điện trở siêu nhạy được lắp trên loadcell.
Cầu wheatstone chính là điện trở siêu nhạy lắp tại vị trí biến dạng của loadcell. Đây là thành phần quan trọng nhất của loadcell quyết định độ chính xác và độ phân giải của ngõ ra.
Điện áp được cấp vào 2 đầu a và c. Tín hiệu ngõ ra sẽ được đo tại b và d của cầu điện trở wheatstone.
Khi chưa có lực tác động tín hiệu ngõ ra giao động gần bằng 0. Khi có lực tác động kéo hoặc nén làm cho điện trở Strain Gauge biến dạng theo sự thay đổi của thân loadcell.
Chính sự biến đổi này làm cho điện áp ngõ ra thay đổi. Do giá trị biến đổi rất nhỏ nên điện áp ngõ ra thay đổi được tính bằng mv/v.
Thông thường loadcell có tín hiệu ngõ ra 1mv/v hoặc 2mv/v. Một số loadcell có tín hiệu ngõ ra 3mv/v, 4mv/v …
Giá trị mv/v tương ứng với trọng lượng lớn nhất mà loadcell có thể đo được. Ví dụ: loadcell có trọng lượng 1 tấn và ngõ ra 2mv/v thì tương ứng
- 1 tấn bằng 2mv/v.
- 500kg bằng 1mv/v
- 100 kg bằng 0,2 mv/v
- 0 kg bằng 0mv/v
Do tín hiệu ngõ ra sẽ tuyến tính lũy tuyến so với trọng lượng mà loadcell đo được nên chúng ta dễ dàng kiểm tra được độ chính xác của loadcell.
Ứng dụng của loadcell
Các trạm cân điện tử đều dùng các loadcell nén để cân tải trọng của xe. Thông thường một trạm cân sẽ có từ 4-8 loadcell tùy theo tải trọng.
Ngoài ra, các cẩu trục thì dùng loadcell dạng kéo để xác định trọng lượng của vật thể đang cẩu. Gần đây mình cũng biết thêm được rằng các cầu dây văng cũng dùng các loadcell để đo lực kéo nhằm đảm bảo lực căng đúng như thiết kế.
Loadcell và những điều cần biết
Đầu cân loadcell
Anh em nghe tới đầu cân loadcell thì cần biết rằng một đầu cân loadcell sẽ có một hoặc nhiều loadcell. Đối với các tải trọng lớn, có nhiều chân thì sẽ lắp nhiều loadcell cùng thông số để chia tải.
Ví dụ: một silo có 4 chân cần dùng 4 loadcell để chia tải. Tổng tải của silo phải chia đều cho 4 loadcell. Lưu ý rằng, 4 loadcell lắp vào chân silo phải cùng thông số kỹ thuật.
Các loadcell này cần được vào bộ cộng tín hiệu loadcell hay còn gọi là hộp nối trước khi cho vào bộ hiển thị loadcell hay PLC.
Bộ cộng tín hiệu loadcell
Bộ cộng tín hiệu loadcell còn được gọi là hộp nối loadcell có chức năng tổng hợp cho các đầu cân từ 2 loadcell trở lên. Do các loadcell có tín hiệu ngõ ra rất nhỏ dạng mv/v nên việc trang bị cộng tín hiệu loadcell giúp tín hiệu ra chính xác và ổn định.
Một bộ cộng tín hiệu loadcell có thể nhận từ 4,6,8 loadcell cùng lúc. Sau đó xuất ra duy nhất 1 đầu ra với 4 dây hoặc 6 dây.
Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell
Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell là một thiết bị không thể thiếu khi mà anh em cần đưa tín hiệu về PLC hay Scadar để giám sát và điều khiển.
Chức năng của bộ chuyển đổi tín hiệu loadcel chính là khuếch đại tín hiệu mv/v của loadcell thành tín hiệu Analog 4-20mA, 0-10V tiêu chuẩn mà các bộ lập trình có thể đọc được.
Với yêu cầu ngày càng cao thì các bộ khuếch đại tín hiệu loadcell có nhiều tùy chọn ngõ ra hơn như: modbus RTU, Modbus TCP-IP, Profinet, Ethernet IP…
Tôi ví dụ:
- Z-SG: có ngõ ra analog 4-20mA / 0-10V và Modbus RTU ( kèm đế )
- Z-SG3: ngõ ra 0-20mA, 0-10V, Modbus RTU tích hợp không cần dùng đế
- ZE-SG3: ngõ ra 0-20mA, 0-10V, Modbus RTU, Modbus TCP-IP
- ZE-SG3-P: ngõ ra Profinet cho PLC Siemens
Với một phiên bản khác nhau chúng ta sẽ những ngõ ra chuyên biệt khác nhau. Chính vì thế anh em cần xác định tín hiệu ngõ ra mình cần là gì.
Quy ước màu dây loadcell
Khi nhìn vào sơ đồ đấu dây của loadcell với bộ khuếch đại loadcell hay bộ điều khiển loadcell chúng ta thường chỉ thấy các ký hiệu EX+, EX-, SE+, SE-, SI+, SI-. Màu dây của loadcell không giống nhau.
Chính vì thế anh em muốn dựa vào màu sắc của dây loadcell để đấu dây thì sẽ dể sai lầm.
Mình lấy ví dụ, cúng 1 hãng sản xuất loadcell nhưng Mettle Toledo lại có nhiều mã hàng có màu sắc khác nhau.
Chính vì thế không có quy ước màu dây loadcell nào gọi tiêu chuẩn. Thông thường sẽ có 4 màu: Đỏ – Xanh – Trắng – Đen, tùy hãng sẽ quy định màu dây tương ứng với tín hiệu ngõ ra.
Chúc anh em thành công ! Có thắc mắc gì cứ liên hệ mình nhé.
Kỹ sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa
BÀI VIẾT LIÊN QUAN