CẢM BIẾN LỰC LOADCELL PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Loadcell là một cảm biến hay đầu dò có thể chuyển đổi một tải trọng hay lực tác dụng vào nó thành một tín hiệu điện. Tín hiệu điện này có thể là một sự thay đổi điện áp, dòng điện hay tần số tùy thuộc vào loại loadcell và mạch đó được sử dụng.
Có rất nhiều loại Loadcell khác nhau như:
Loadcell các loại (Hình minh họa)
1. Loadcell kiểu điện trở
Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng. Khi có một tải trọng, lực tác động lên cảm biến, trở kháng của nó thay đổi. Sự thay đổi trở kháng này sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi có dòng điện chạy qua nó.
2. Loadcell kiểu điện dung
Loadcell kiểu điện dung làm việc dựa trên sự thay đổi của dung kháng. Đối với tụ điện phẳng gồm 2 bản cực phẳng song song. Điện dung tỉ lệ thuận với tiết diện bản cực và hằng số điện môi của chất điện môi nằm giữa 2 bản cực và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 bản cực. Khi Lodcell bị biến dạng dưới tác động của một lực, hai bản cực sẽ bị thay đổi vị trí tương đối với nhau, dẫn đến hằng số điện dung cũng thay đổi theo. Khi đó tín hiệu điện đầu ra cũng sẽ thay đổi tương ứng. Trong thực tế phổ biến nhất vẫn là các loadcell dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở.
LOADCELL KIỂU ĐIỆN TRỞ HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?
Một loadcell thường bao gồm các strain gauges được dán vào bề mặt của thân loadcell. Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế có hình dạng đặc biệt khác nhau và chế tạo bằng vật liệu kim loại khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ, thép hợp kim).
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), Kết quả là, hai trong số 4 điện trở strain gauges bị nén, trong khi hai strain gauges đối diện bị căng ra. Điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges.
MÔ TẢ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LOADCELL ĐIỆN TRỞ
Thông số kĩ thuật cơ bản
- Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp.
- Công suất định mức: giá trị lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.
- Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kĩ thuật được đưa ra.
- Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi).
- Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất 5 – 15 V).
- Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được đưa ra dưới dạng % của tải trọng.
- Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải.
- Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
- Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng.
- Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).
- Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện loadcell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
- Quá tải an toàn: là công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất).
- Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công suất của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải.
Trong thiết bị xe tự hành AGV ở IDEA, cảm biến lực được sử dụng như một cảm biến cấp độ an toàn. Nếu có một lực lớn hơn 10N tác động vào vành của AGV thì thiết bị sẽ dừng ngay lập tức và báo lỗi.
