Kiến thức

Các kiểu Cảm biến lực (Load cells) ứng dụng trong Cân điện tử

Các kiểu Cảm biến lực (Load cells) ứng dụng trong Cân điện tử

Các kiểu Cảm biến lực (Load cells) ứng dụng trong Cân điện tử

  • Đăng bởi: ThaiVu
  • Th2, 20 2019
  • Thông tin cần biết

    ,

    Giới thiệu thiết bị

  • Cảm biến lực

    ,

    Loadcell

    ,

    Loadcell số

  • 0 Comment


Các dạng đo lực trong cảm biến lực

A. Khái niệm:

Lực là một đại lượng vecto, đặc trưng cho tác dụng tương hỗ giữa các vật thể, làm cho các vật thể biến dạng hay vận động.

Kala Scale luc cang qua ta 1
Lực căng xuất hiện khi vân động viên ném quả tạ

Khối lượng là số lượng vật chất và người ta có thể định nghĩa lực là lực hấp dẫn giữa các khối lượng.

Trọng lượng của một vật là lực hút trái đất tác dụng lên vật đó.

Bảng 1.1: Bội và ước của đơn vị Newton

TT Tên gọi Ký hiệu Hệ số nhân với trị số đơn vị
1 Exa Newton EN 1018
2 Peta Newton PN 1015
3 Tera Newton TN 1012
4 Giga Newton GN 109
5 Mega Newton MN 106
6 Kilo Newton KN 103
7 Hecto Newton hN 102
8 Deca Newton daN 101
9 Newton N 100
10 Deci Newton dN 10-1
11 Centi Newton cN 10-2
12 Mili Newton mN 10-3
13 Micro Newton µN 10-6
14 Nano Newton nN 10-9

B. Đơn vị:

Lực – Theo định luật II Newton:
F = k.m.a Trong đó:

F – Lực (N) tác dụng vào vật có khối lượng m (kg)

a – Gia tốc (m/s2)

k – Hệ số phụ thuộc vào đơn vị dùng

Trọng Lực – Công thức:
P = k.m.g Trong đó:

m – Khối lượng của vật đó (kg)

a – Gia tốc trọng trường nơi đặt vật (m/s2)

k – Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào đơn vị dùng

Chuyển đổi giữa các đơn vị đo lực:

Nguyên tắc chung: một đại lượng có số đo A1 khi dùng đơn vị đo a1. Vấn đề đặt ra là tỷ số đo A2 khi dùng đơn vị đo a2 khác a1. Số đó tỉ lệ nghịch với cỡ của đơn vị đo, ta có:

Kala Scale do luc cong thuc 1

Bảng 1.2: Đơn vị các nước đang dùng

Nước sử dụng Tên gọi Ký hiệu
Đức Kilopond Kp
Pond p
Megapond Mp
Nga Kilogam lực kГc
Gam lực Гc
Tấn lực Tc
Trung Quốc Kilogam lực kG
Gam lực G
Tấn lực T
Anh, Mỹ Kilogam lực kgf
Gam lực gf
Tấn lực tonf
Pound lực Lp.f

Bảng 1.3: Quy đổi giữa các đơn vị đo lực

Kilogam lực Kilopond Pound lực Newton
Kilogam lực 1 1 2,2046203 9.80665
Kilopond 1 1 2,2046203 9.80665
Pound lực 0.453592 0.453592 1 4.44844
Newton 0.10197 0.10197 0.22481 1

C. Phân loại dụng cụ:

C1. Theo chức năng sử dụng

Lực kế đo lực nén Lực kế đo lực kéo Lực kế đo lực nén và kéo
Kala Scale luc ke do lu nen Kala Scale luc ke do lu keo Kala Scale luc ke do luc keo nen

C2. Theo nguyên lý đo

Bạn đang xem: Các kiểu Cảm biến lực (Load cells) ứng dụng trong Cân điện tử

Lực kế cơ học

Kala Scale luc ke co hoc

Lực kế quang học

Kala Scale luc ke quang hoc

Lực kế thủy lực

Kala Scale luc ke thuy luc

Xem thêm: Hàm số lượng giác (Tiết 1) – Môn Toán lớp 11 – Thầy Nguyễn Công Chính.-giasubachkhoa.net

Lực kế điện tử

Kala Scale luc ke dien tu

C3. Theo cấp chính xác:

Các dụng cụ đo được quy định theo cấp chính xác.

Ví dụ: tại Đức người ta dùng cấp chính xác: 0,01 ; 0,02 ; 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,5 và 1.

D. Các dụng cụ đo thông dụng:

Lực kế cơ

Định nghĩa: là những lực kế có bộ phận chỉ thị độ biến dạng làm việc theo nguyên lý cơ học.

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ thao tác, ổn định theo thời gian.

Lực kế đồng hồ lò xo

Phần tử đàn hồi: nhìu hình dạng khác nhau: lò xo xoắn, hình tròn, hình ô van, hình nửa tròn…

Đồng hồ hiển thị: gồm nhiều loại, biểu thị trực tiếp hay thông qua cơ cấu chuyển đổi phóng đại cơ học, các yếu tố quyết định chất lượng:

Chất lượng của phần tử đàn hồi.

Khả năng làm việc của đồng hồ hiển thị.

Sự ổn định của các chi tiết, đảm bảo ổn định tỷ số truyền độ biến dạng của phần tử đàn hồi lên đồng hồ hiển thị.

Kala Scale luc ke lo

Kala Scale mo hinh luc ke lo

Khi trọng lượng lớn, dùng loại cân như trên không phù hợp, ta dùng loại cân nhiều đòn như hình bên dưới.

Kala Scale mo hinh can nhieu don

Xem thêm: Bài tập chứng minh đẳng thức dùng công thức lượng giác cơ bản

Lực kế quang học

Là những lực kế mà biến dạng của phần tử đàn hồi  được đo bằng thiết bị quang học, loại này khắc phục được nhược điểm của các cơ cấu cơ học như sai lệch tỷ số truyền, ma sát khớp quay, sai số của bộ chỉ thị .

Kala Scale luc ke quang hoc

Lực kế thủy lực – khí nén

Kala Scale luc ke thuy luc khi nen

Lực kế điện tử (cân điện tử)

Lực kế điện tử là những lực kế mà sự thay đổi của lực hay sự biến dạng hoặc dịch chuyển sinh ra bởi lực tác dụng, được chuyển thành tín hiệu điện.

Xem thêm: Dòng điện là gì? Tìm hiểu các khái niệm liên quan dòng điện

 Cảm biến lực điện trở (load cell)

Gồm nhiều dạng: dạng thanh, dầm, vòng, trượt,…

Cảm biến lực điện trở dạng thanh

Cấu tạo khá đơn giản: gồm có 4 tế bào cảm biến điện trở (strain gauge) được dán vào phần tử đàn hồi theo hai hướng trục (2 cảm biến) và vuông góc với trục (2 cảm biến). 4 cảm biến này được nối với nhau theo mạch cầu wheatstone.

Kala Scale cau dien tro cam bien luc dang thanh

  • A – diện tích mặt cắt ngang của phần tử đàn hồi
  • E– mô đun đàn hồi của vật liệu phần tử đàn hồi
  • ν – hệ số poisson
Kala Scale cau dien tro cam bien luc dang thanh 2

 

Điện thế ra: Kala Scale do luc cong thuc 2
Lực tác dụng: Kala Scale do luc cong thuc 3
Từ phương trình trên thì P tỉ lệ tuyến tính với điện thế ra Eo theo hằng số tỉ lệ C
Kala Scale do luc cong thuc 4
Độ nhạy của dụng cụ: Kala Scale do luc cong thuc 5

Lực lớn nhất có thể đo được: Pmax = Sf.A

Sf là độ bền mỏi

Cả Pmax và độ nhạy S đều phụ thuộc vào diện tích mặt cắt ngang A. Cụ thể là nếu A giảm thì độ nhạy S tăng và Pmax giảm.

Tỉ số điện thế ra E0 và vào Ei  của mạch cầu khi chịu lực Pmax

Kala Scale do luc cong thuc 6

Hầu hết các loại loadcell dạng trụ đều làm từ thép AISI 4340 và có

Kala Scale do luc cong thuc 7

Trên thực tế thì hầu hết các loại loadcell đều có Eo/Ei = 3mV/V trên toàn bộ thang đo với lực P = Pmax , lực P được xác định:

Kala Scale do luc cong thuc 8
Cảm biến lực điện trở dạng dầm

Cấu tạo: 

Gồm có 4 tế bào cảm biến, 2 được dán ở mặt trên và 2 dán ở mặt dưới của dầm. Tất cả đều dán theo trục của dầm và theo mạch cầu wheatstone.

 Kala Scale mo hinh luc ke cam bien luc dang dam
Kala Scale mo hinh luc ke cam bien luc dang dam 2
Kala Scale mo hinh luc ke cam bien luc dang dam 3

Nguyên lý hoạt động: khi chịu tác dụng của lực P thì sẽ có moment M=P.x

Ta có các biến dạng:

Kala Scale do luc cong thuc 9

Điện thế ra E0  từ mạch cầu:  Kala Scale do luc cong thuc 10
Lực P được xác định:  Kala Scale do luc cong thuc 11
Hằng số tỷ lệ: Kala Scale do luc cong thuc 12
Độ nhạy của dụng cụ: Kala Scale do luc cong thuc 13
Lực lớn nhất có thể đo được:  Kala Scale do luc cong thuc 14

Độ nhạy sẽ lớn nhất và phạm vi đo nhỏ nhất khi x tiến tới bằng chiều dài của dầm, ta có tỉ số điện thế khi P đạt giá trị max

Kala Scale do luc cong thuc 15
Hầu hết các loại loadcell dạng trụ đều làm từ thép AISI 4340 và có:

Kala Scale do luc cong thuc 16

Tỉ số (Eo/Ei) có thể lấy từ 4÷5 mV/V, độ nhạy của dầm lớn hơn độ nhạy dạng thanh là 5%.

Cảm biến lực điện trở dạng vòng

Cấu tạo:

Gồm 4 tế bào biến trở được gắn lên vòng đàn hồi, 2 tế bào biến trở ở mặt trong và 2 tế bào biến trở ở mặt ngoài. Và chúng được nối với nhau theo mạch cầu wheatstone.

Kala Scale mo hinh luc ke cam bien luc dang vong

Kala Scale mo hinh luc ke cam bien luc dang vong 2

Loại này có phạm vi đo thay đổi lớn, bằng cách thay đổi đường kính D hay chiều dày t hay chiều rộng w

Nguyên lí hoạt động cũng dựa vào sự biến dạng của các tế bào biến trở, dẫn đến tín hiệu ra có quan hệ tuyến tính với lực cần đo.

Cảm biến lực điện trở dạng trượt
Loại này có kích thước nhỏ dùng ở những nơi có không gian bị hạn chế (có thể gọi là cân lực dạng phẳng), trong điều kiện rung động, được đặt trong lỗ nhỏ trong bề mặt trung  gian  của  mặt  bích  và dùng như một cảm biến. loadcell mkcells ybsc kalascale
 Chống nhiễu (sai số) cho cảm biến lực điện trở

Nhiệt độ:

+ Là yếu tố chủ yếu gây nên sai số cho phép đo của cảm biến lực điện trở. Vì nó làm thay đổi mô đun đàn hồi của vật liệu và thay đổi kích thước. Tất nhiên sự thay đổi do mô đun đàn hồi lớn hơn khoảng 2.5%, và 0.15% là do thay đổi kích thước khi nhiệt độ thay đổi 100 oF.

 Để bù trừ (hay chống sai số do nhiệt độ) thì người ta mắc thêm điện trở Rs. Được tính toán như sau:

Kala Scale do luc cong thuc 17

R= ρ.L/A , Nên suy ra: 

Kala Scale do luc cong thuc 18

b– là hệ số nhiệt độ của điện trở suất

c– hệ số môđun đàn hồi

Cảm biến lực điện cảm

Là những cảm biến đo lực trên nguyên tắc thay đổi điện cảm.

Thành phần cấu tạo chính của loại này là cuộn dây tự cảm.

Điện cảm của cuộn dây:

L= µ.µo. ω2.S/l

Trong đó:

µo , S, l không thay đổi.

Vậy µω là dễ dàng thay đổi.

Thông thường người ta thay đổi điện cảm của cuộn dây bằng cách thay đổi hệ số µ. Bằng việc là cho vào trong cuộn dây một cái lõi. Vì khi có lực tác dụng thì sẽ có sự chuyển động tương đối giữa cuộn dây và lõi, ứng với mỗi vị trí tương đối ấy sẽ có một giá trị điện cảm nhất định và giá trị này lớn nhất khi lõi nằm gọn trong cuộn dây. Kala Scale luc ke cam bien luc dien cam
Kala Scale luc ke mo hinh cam bien luc dien cam Kala Scale luc ke cam bien luc dien cam 2

 

Công thức đo:

Kala Scale do luc cong thuc 19

Trong đó:

δ là độ biến dạng.

P là lực cần đo.

Tín hiệu ra Eo  của chuyển đổi

Eo=S.δ.Ei

Ta có công thức xác định lực P:  Kala Scale do luc cong thuc 20
Quan hệ giữa PEo là tuyến tính. Độ nhạy của chuyển đổi: Kala Scale do luc cong thuc 21
Ứng suất cực đại của vòng đàn hồi ở đỉnh và đáy vòng: Kala Scale do luc cong thuc 22
Tỉ số điện thế khi tải cực đại: Kala Scale do luc cong thuc 23

Suy ra

Kala Scale do luc cong thuc 24

Ví dụ: một cảm biến lực điện cảm vòng, phạm vi dịch chuyển của lõi (độ nhạy 250mV/V). Nếu dụng cụ có độ biến dạng cực đại δmax=1,25 tại Pmax thì ta có:

(E0/Ei)max = S. δmax = 250.1,25 = 313mV/V.

 Cảm biến lực kỹ thuật số

Biến lực thành tần số.

Chuyển đổi điện cảm, điện dung kết hợp với các mô đun phát tần số LC và RC.

ZSWF Load cells
Cấu trúc bên trong Cảm biến lực

MKCells

ZSWF-D

 Cảm biến lực điện dung:

Kala Scale luc ke cam bien luc dien dung ε0 = hằng số điện môi của không khí

εr =hằng số điện môi của dung môi

A = Diện tích

h = khoảng cách giữa hai tấm

Hình ảnh Cảm biến lực thực tế và ứng dụng:

Cảm biến lực dạng thanh:
Cảm biến lực (Load cell) Mavin NA115
Cảm biến lực (Load cell)

Mavin

NA115

Cảm biến lực dạng dầm:
Cảm biến lực (Load cell) AMCells - BTA-30t
Cảm biến lực (Load cell)

AMCells

BTA-30t

Trạm cân xe tải:
Trạm cân xe tải chất lượng cao
Trạm cân xe tải chất lượng cao

K-BTS-O

Cân kiểm hàng tự động,

cân băng tải

:

Nguồn: Internet

Nếu có thắc mắc gì, hãy liên hệ với chúng tôi để có cách giải quyết nhanh nhất

0988 708 308

kala@kalascale.com

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button