Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về cách bạn có thể đo trọng lượng bằng các cảm biến tải trọng (cảm biến lực), với đầy đủ thông tin chi tiết để bạn sẽ:
- Xem cách hoạt động của các cảm biến cảm biến lực
- Tìm hiểu cách đo trọng lượng được thực hiện trong khoa học và công nghiệp
- Hiểu cách bạn có thể kết hợp chúng vào thử nghiệm của mình
Bạn đã sẵn sàng để bắt đầu? Đi nào!
Phụ lục bài viết
Cảm biến tải trọng là gì?
Cảm biến tải trọng về cơ bản là một bộ chuyển đổi lực hoặc cảm biến lực. Nó được sử dụng chủ yếu để đo trọng lượng. Và mặc dù chúng có thể được sử dụng để đo các lực khác như mô-men xoắn, lực nén, áp suất, v.v. nhưng chúng tôi sẽ tập trung vào các ứng dụng đo trọng lượng trong bài viết này.
Mặc dù lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực cơ bản giữ cho vũ trụ không bị tách rời, nhưng nó là lực duy nhất mà chúng ta có thể cảm nhận được một cách trực tiếp. Mọi thứ trên trái đất có khối lượng đều trải qua nó, khi lực hấp dẫn kéo nó về phía lõi sắt ở trung tâm hành tinh của chúng ta. Trọng lượng và khối lượng được kết nối bởi lực hấp dẫn.
Đơn vị đo trọng lượng tiêu chuẩn trên thế giới là kilôgam (kg). Ngay cả ở Hoa Kỳ, nơi các phép đo trọng lượng, khoảng cách và thể tích của hệ đo lường Anh vẫn được sử dụng rộng rãi, các đơn vị đó được tham chiếu đến hệ mét SI.
Vì vậy, một pound (trọng lượng) ở Hoa Kỳ không được xác định bằng một phép đo khác của đế quốc mà chính thức là 0,45359237 kilôgam. Cách chúng tôi tính toán khối lượng kilôgam đã được các nhà khoa học thế giới xác định vào năm 2019 để tham chiếu hằng số Planck và loại bỏ tham chiếu của nó đối với một mẫu vật.
Nếu bạn loại bỏ trọng lực, một vật thể không nặng theo nghĩa đen, nhưng khối lượng của nó không thay đổi. Khi bạn cân một thứ gì đó, bạn thực sự đang đo khối lượng của vật thể đó vì nó liên quan đến hành tinh này. Vì vậy, trên thực tế, một cảm biến tải trọng đo khối lượng. Nhưng nó chỉ liên quan đến ý nghĩa của nó ở đây trên trái đất.
Có một số công nghệ cơ bản được sử dụng trong cảm biến tải trọng, chẳng hạn như cảm biến tải trọng khí nén (thường được sử dụng trong các ứng dụng an toàn nội tại). Các cảm biến tải trọng thủy lực không cần nguồn điện và do đó được sử dụng thường xuyên ở những nơi xa xôi, khó tiếp cận. Ngoài ra còn có các cảm ứng lực áp điện cung cấp đầu ra mức cao (nhưng phi tuyến tính).
Nhưng chúng tôi sẽ tập trung vào các cảm biến tải trọng dựa trên thiết bị đo biến dạng, chúng là loại phổ biến nhất được sử dụng trên thế giới hiện nay. Chúng không tốn kém, rất đáng tin cậy và có sẵn để xử lý nhiều loại đầu vào lực. Chúng là tiêu chuẩn thực tế của ngành cân và cung cấp độ chính xác toàn thang đo là 0,25% và cao hơn.
Bạn thậm chí có thể đang sử dụng thiết bị dựa trên cảm biến tải trọng đo biến dạng mỗi sáng mà không hề nhận ra. Nó có thể trông giống như thế này:
Trong khi cân cơ học cổ điển sử dụng một loạt đòn bẩy để phân bổ trọng lượng tác dụng và điều khiển lò xo kết nối với mặt số cơ học, thì hầu hết các mẫu cân kỹ thuật số ngày nay sử dụng nhiều cảm biến tải trọng dựa trên thiết bị đo biến dạng để tính toán trọng lượng của bạn.
Khi bạn nhấn chân một lần vào tấm đo, bộ vi điều khiển sẽ “thức dậy” và thực hiện hiệu chuẩn bù điểm không của thiết bị đo biến dạng. Sau đó, màn hình kỹ thuật số cho biết 0,0 kg (hoặc lbs) và nó đã sẵn sàng để bạn bước lên và tự cân.
Ở cân phòng tắm kỹ thuật số tốt hơn, một cảm biến tải trọng dựa trên thiết bị đo biến dạng được đặt ở bốn góc của cân. Trên thực tế, chúng thường được tích hợp vào “chân” của cân. Hai trong số các cảm biến tải trọng được định vị ở chế độ căng và hai cảm biến còn lại được định vị ở chế độ nén.
Khi bạn bước lên cân, bộ vi điều khiển sẽ lấy kết quả đầu ra của chúng và chuyển đổi chúng thành giá trị trọng lượng tổng hợp theo đơn vị đo đã chọn và hiển thị số đó trên thước đo. Một số kiểu máy thậm chí còn sử dụng cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ môi trường và đưa yếu tố đó vào phương trình, vì thiết bị đo biến dạng là cảm biến dựa trên điện trở và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
OK, điều đó thật thú vị, nhưng bây giờ hãy xem xét các cảm biến tải trọng được sử dụng cho các ứng dụng DAQ đo lường khoa học.
Cảm biến tải trọng dựa trên thiết bị đo biến dạng hoạt động như thế nào?
Thiết bị đo sức căng (hay còn gọi là “máy đo biến dạng”) đo biến dạng bằng cách thay đổi điện trở. Một mẫu lá kim loại được gắn trên một đế dẻo, cũng đóng vai trò là chất cách điện. Một dòng điện chạy qua mẫu giấy bạc. Khi đối tượng được kiểm tra chịu ứng suất (nghĩa là bị nén hoặc đặt dưới lực căng), sẽ có một sự thay đổi về điện trở tỷ lệ thuận với mức độ lệch.
Khi một dây dẫn được kéo dài, điện trở của nó tăng lên. Khi nó bị nén, điện trở của nó giảm. Sự thay đổi điện trở này có thể được đo bằng cách sử dụng cầu Wheatstone, đó là bốn cảm biến đo biến dạng được sắp xếp theo một mẫu.
Khi đo bằng cả bốn cảm biến, bạn sẽ có được cấu hình toàn cầu. Trong sơ đồ toàn cầu ở trên, điện áp đầu ra của cảm biến được đo ở C và B, trong khi điện áp kích thích được cung cấp ở A và D.
Vì vậy, khi chúng ta lắp một thiết bị đo biến dạng lên vỏ cơ học, sau đó đặt vỏ đó chịu ứng suất hoặc lực, chẳng hạn như trọng lượng, thiết bị sẽ đo lực nén hoặc lực căng tương đối do lực đó gây ra. Sự kết hợp của vỏ như vậy với cảm biến đo sức căng gắn trên nó là một cảm biến tải trọng.
Bây giờ, hãy xem các hình dạng và kích thước khác nhau của các cảm biến tải trọng như vậy và cách chúng được sử dụng.
Ứng dụng đo lường cảm biến tải trọng
Hầu như có vô số ứng dụng khả thi cho cảm biến tải trọng, lớn và nhỏ. Đây chỉ là một số ít mà tôi nghĩ đến:
- Thử nghiệm vật liệu – đo trọng lượng của các bộ phận khi chúng được sản xuất để đảm bảo tính nhất quán
- Hàng không vũ trụ – kiểm tra lực đẩy của động cơ phản lực, đo tải trọng trên bánh xe và gầm xe
- Hàng hải – theo dõi sức căng trên các dây neo khi chúng căng ra dưới tải trọng của con tàu di chuyển cùng với nước
- Giao thông vận tải – đo mô-men xoắn trên động cơ điện, xăng và diesel, giám sát tải trọng trục, tải trọng bánh xe lửa và xe tải, đo trọng lượng hàng hóa tại các trạm cân trên đường cao tốc
- Công nghiệp – Đo lực trên hộp số và máy bơm, đo lực căng trong các ứng dụng đặt ống dưới biển, đo lực căng và lực trong các ứng dụng nhà máy giấy và nhà máy thép, Cân phễu và tàu
- Y tế / Chăm sóc sức khỏe – Giường bệnh viện cân bệnh nhân, cân lồng ấp chính xác cho trẻ sơ sinh và trẻ sơ sinh, đo tải trên vật lý trị liệu và thiết bị tập thể dục.
- Thi công – Lực cáp trong thang máy, lực trên giàn giáo theo tiêu chuẩn quốc tế.
- Giải trí – Cảm biến lực chữ S được lắp đặt ở giữa các sợi cáp dùng để kéo các diễn viên nhào lộn, đảm bảo lực không vượt quá mức quy định
- Hóa dầu – đo lực trên dụng cụ khoan dầu khí
- Trồng trọt và Chăn nuôi – Đo trọng lượng của gia súc đi qua máng trượt, đo lực trên dây cáp và thiết bị lưu trữ, cân phễu, bể chứa và silo
- Hộ gia đình / Người tiêu dùng – cân phòng tắm kỹ thuật số
Khi chúng tôi xem xét sự đa dạng tuyệt đối được thể hiện bởi chỉ một tá ứng dụng hoặc hơn, rõ ràng là phép đo lực và trọng lượng tương tự như phép đo nhiệt độ ở chỗ chúng là nền tảng cho hàng chục nghìn ứng dụng trong hầu hết mọi ngành.
Cân nhắc khi sử dụng cảm biến tải trọng
Định mức tải tối đa
Điều quan trọng là chọn một cảm biến tải trọng không chỉ phù hợp với yêu cầu sử dụng hoặc hướng tải mà bạn muốn đo mà còn được đánh giá để xử lý tải dự kiến tối đa.
Ví dụ: các cảm biến tải trọng được xếp hạng theo kg (hoặc lbs.) tối đa của chúng. Để đo trọng lượng lên tới 1000 kg, rõ ràng bạn muốn có cảm biến tải trọng được đánh giá ít nhất gấp 1,5 đến 2 lần trọng lượng đó.
Hiệu chuẩn hai điểm và quy về 0
Bảng hiệu chuẩn đi kèm với mỗi cảm biến tải trọng sẽ hiển thị cho bạn điện áp kích thích ưa thích và độ nhạy của thiết bị đo biến dạng được tích hợp trong đó. Bạn sẽ cần những thứ này để thiết lập phần mềm đo chính xác đầu ra theo đơn vị đo lường mong muốn, thường là kg hoặc lbs.
Trong phần mềm, khá dễ dàng để thực hiện hiệu chuẩn ZERO cho bất kỳ cảm biến nào, ví dụ: loại bỏ tất cả các tải và sau đó nhấn ZERO trong phần mềm (giống như cân phòng tắm của bạn tự động thực hiện). Bạn cũng có thể thực hiện hiệu chỉnh 2 điểm bằng cách sử dụng tải tham chiếu đã biết, đảm bảo rằng cảm biến tải trọng của bạn xuất ra các giá trị tuyến tính chính xác giữa 0 và tải tham chiếu mà bạn áp dụng.
Cân nhắc về môi trường
Nếu cảm biến tải trọng sẽ được sử dụng trong môi trường có chứa khí ăn mòn, nước, hơi nước, v.v, thì phải sử dụng cảm biến tải trọng được đánh giá là chống ăn mòn. Các cảm biến tải trọng bằng thép không gỉ được niêm phong (tìm xếp hạng IP cao như IP65 trở lên), được chế tạo riêng cho những môi trường không thân thiện này. Và tất nhiên, bất kỳ cảm biến hoặc hệ thống nào sẽ được sử dụng trong môi trường dễ cháy nổ phải được chứng nhận là an toàn nội tại và/hoặc chống cháy nổ tùy thuộc vào các yêu cầu quy định.
Các loại cảm biến tải trọng
Có các cảm biến tải trọng được chế tạo với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, dành cho nhiều ứng dụng khác nhau. Đây là những cái chính có sẵn ngày hôm nay:
- Cảm biến tải trọng thanh / dầm uốn
- Cảm biến tải trọng dạng ống
- Cảm biến lực S-Beam
- Cảm biến lực xuyên lỗ / Donut
- Cảm biến lực Pancake
Loại | Thanh / Dầm uốn | Dạng ống | S-Beam | Xuyên lỗ / Donut | Pancake |
Hình ảnh | ![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Ứng dụng | Dùng để đo trọng lượng. Tuyệt vời khi thực hiện các phép đo lệch tâm | Được sử dụng để đo tải trọng nén | Nó có thể được sử dụng cho cả nén và căng. Có thể được gắn ở giữa một sợi cáp thép để | Loại chắc chắn nhất cho độ nén và độ căng cao. (Các) lỗ cho phép kết cấu đi qua cảm biến tải trọng. | Loại tải trọng cao nhất, đạt lực nén và lực căng từ 100 kg (220.000 lbs) trở lên. |
Có thể đo lường | Kéo và nén | Nén | Kéo và nén | Chỉ nén hoặc căng và nén | Kéo và nén |
Cảm biến tải trọng thanh / dầm uốn
Ngoài ra còn có sự khác biệt giữa các cảm biến tải trọng một điểm và các mô hình nén công suất lớn phân phối tải trên bốn cảm biến đo biến dạng trở lên để tăng độ chính xác và/hoặc công suất. Trên đây chỉ là một số loại cảm biến tải trọng chính. Có nhiều loại khác, cũng như một số loại đặc biệt được thiết kế cho các ứng dụng và môi trường đặc biệt. Có các cảm biến tải trọng cấu hình thấp, thu nhỏ và cực nhỏ có thể được sử dụng ở những nơi rất nhỏ. Ở đầu bên kia của quang phổ, có các cảm biến tải trọng được sử dụng để đo hàng trăm tấn, khá lớn vì những lý do rõ ràng.
Cảm biến tải trọng dạng thanh hoặc dầm uốn (còn gọi là dầm hai mắt) thường được sử dụng cho các ứng dụng cân công nghiệp. Một đầu của thanh được cố định vào một cấu trúc, trong khi một lực tác dụng lên đầu tự do của cảm biến (xem F trong hình bên trên).
Lực này làm cho bốn máy đo biến dạng được tích hợp ở trên và dưới và mỗi đầu của cảm biến tải trọng kéo dài ra hoặc nén lại tùy thuộc vào mức độ ứng dụng hoặc loại bỏ lực tác động lên cấu trúc cảm biến tải trọng. Những thay đổi nhỏ này về tiềm năng từ thiết bị đo biến dạng dễ dàng được chuyển đổi thành trọng lượng trong phần mềm thu thập dữ liệu của chúng tôi.
Cảm biến tải trọng kiểu dạng ống
Còn được gọi là “cảm biến tải trọng dạng hộp”, cảm biến tải trọng dạng nén là loại cảm biến tải trọng cơ bản nhất. Nó được sử dụng chủ yếu như một loại cân công nghiệp để đo trọng lượng của tải trọng đặt lên nó. Nó có tên từ hình dạng giống như cái hộp của nó.
Cảm biến lực S-Beam
Cảm biến tải trọng S-Beam cũng phù hợp cho cả ứng dụng đẩy/kéo. Họ nhận được tên của họ từ hình dạng đặc biệt của họ. Chúng thường được kết nối ở trung tâm của cáp thép. Hãy tưởng tượng một sợi cáp được sử dụng để nâng một vật nặng.
Cảm biến lực xuyên lỗ / Donut
Một số loại này chỉ được tạo ra để nén, trong khi những loại khác có sẵn cho cả nén và căng. Lỗ trung tâm cho phép một phần của cấu trúc đi qua ô tải nếu cần. Một số kiểu máy có các lỗ xuyên bổ sung được bố trí xung quanh lỗ trung tâm để có thêm các kết nối cơ khí.
Cảm biến lực Pancake
Cảm biến tải trọng bánh kếp được thiết kế cho các ứng dụng sẽ xảy ra cả lực căng và lực nén (kéo và đẩy).
Địa chỉ cung cấp cảm biến tải trọng
Chúng tôi với nhiều năm kinh nghiệm trong nghề, chuyên cung cấp các thiết bị đo điện, đo độ rung và đo mô-men xoắn. Nếu bạn đang tìm một sản phẩm cảm biến tải trọng chính hãng, hãy liên hệ với chúng tôi để nhận được ưu đãi tốt nhất cũng như được tư vấn bởi đội ngũ kỹ sư của chúng tôi
Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com