Load cell hay Cảm biến lực là thiết bị đo cảm biến lực. Khi trọng lực tác dụng lên một load cell, khi đo thiết bị này sẽ chuyển đổi lực đã tác dụng thành tín hiệu điện. Các load cell còn được biết đến như là đầu dò tải (load transducer) bởi vì nó cũng có thể chuyển đổi một tải trọng (lực tác dụng) thành tín hiệu điện.

Loadcell là gì ?

Load cell là một đầu dò tải (load transducer) được sử dụng để tạo ra một tín hiệu điện có cường độ là tỷ lệ thuận với lực đang được tác dụng. Hiện tại Load cell bao gồm các loại Load cell thủy lực, Load cell khí nén, Load cell strain gauge.

Tín hiệu điện tử ngõ ra của một cảm biến lực có thể là một sự thay đổi điện áp, thay đổi tín hiệu dòng, tín hiệu số hoặc thay đổi tần số tùy thuộc vào loại load cell và mạch sử dụng, phổ biến nhất là load cell thay đổi điện áp.

Các loadcell có thể sử dụng điện trở (strain gauge), điện dung, kỹ thuật bù lực điện từ. Phổ biến nhất là các loadcell có sẵn dựa trên nguyên tắc thay đổi điện trở để đáp ứng với một tải áp dụng. Vì thế ở đây, ta sẽ nói về loadcell sử dụng điện trở (strain gauge)

Các thành phần của một loadcell
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).

Loadcell hoạt động như thế nào?

Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell.


Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác.
Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Đó là lý do tại sao cầu điện trở Wheatstone còn được gọi là một mạch cầu cân bằng.


Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), 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. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra.

Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân).

Load cell bao gồm các loại cơ bản:

  • Loadcell trụ
  • Loadcell cầu bi
  • Loadcell thanh
  • Loadcell chữ Z
  • Loadcell xoắn
  • Loadcell analog
  • Loadcell digital
  • Loadcell dạng nén
  • Loadcell dạng uốn
  • Loadcell dạng kéo

Điều quan trọng là sử dụng các load cell với mức cân và kết cấu phù hợp với vị trí mà nó sẽ được lắp đặt.

Load cell được sản xuất như thế nào?

Những load cell đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cân đo trong nhiều thập kỷ nay, và có thể cung cấp các kết quả rất chính xác. Quá trình sản xuất load cell đòi hỏi nhiều công đoạn. Sau đây là một số bước giúp quý khách hàng có thể hình dung được load cell được sản xuất như thế nào

1. Gia công và làm sạch thân loadcell:
Gia công thân loadcell với một hình dạng phức tạp để tối ưu các vị trí biến dạng để dán các điện trở strain gauge
Kiểm soát độ nhám bề mặt các vị trí dán strain gauge trên thân loadcell thông qua đánh bóng bề mặt để đảm bảo các bề mặt thô nhám được loại bỏ, mục đích là tăng cường độ kết dính của strain gauge với thân loadcell.

Nhúng keo và dán các tấm strain gauge lên thân loadcell
Gia công và làm sạch thân loadcell

2. Nhúng keo và dán các tấm strain gauge lên thân loadcell:
Sau khi được làm sạch bề mặt, thân load cell và các strain gauge được phủ bằng một lớp keo dính. Các strain gauge này sau đó được dán lên thân load cell.

Nhúng keo và dán các tấm strain gauge lên thân loadcell

3. Tăng cường sự kết dính giữa tầm strain gauge và thân loadcell:
Một khuôn ép được sử dụng để tạo áp lực giữa các strain gauge với thân loadcell. Khuôn được đặt trong một nhiệt độ cao để tăng cường tác dụng kết dính của lớp keo dính.

Tăng cường sự kết dính giữa tầm strain gauge và thân loadcell

4. Hiệu chỉnh tải trọng các vị trí khác nhau của loadcell:
Loadcell được gắn vào một khung bàn cân. Thân loadcell mài giũa, điều chỉnh cho đến khi số hiển thị là giống nhau khi có cùng 1 tải trọng đặt lên bất kì góc bàn cân nào.

Hiệu chỉnh tải trọng các vị trí khác nhau của loadcell

5. Kiểm tra tín hiệu loadcell theo nhiệt độ thay đổi:
Loadcell được đặt trong một buồng kín và nhiệt độ xung quanh được điều chỉnh trong 1 phạm vi nhất định, điện áp tín hiệu ngõ ra của loadcell được đo ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Nếu kết quả tín hiệu ngõ ra của loadcell không đạt yêu cầu kĩ thuật, một điện trở bù trừ nhiệt độ sẽ được tích hợp vào mạch cầu strain gauge.

Kiểm tra tín hiệu loadcell theo nhiệt độ thay đổi

6. Phủ silicon bảo vệ:
Bề mặt dán các strangauge và mạch điện trở của loadcell sẽ được phủ một lớp silicon đặc biệt bảo vệ straingauge, mạch điện trở và hệ thống dây điện từ khỏi tác động của độ ẩm môi trường.

Phủ silicon bảo vệ

Như bạn có thể thấy quá trình sản xuất loadcell khá phức tạp và đòi hỏi các yêu cầu kĩ thuật khắt khe trong quá trình sản xuất loadcell.
Tuy nhiên, nếu quá trình sản xuất loadcell được thực hiện đúng và đạt các yêu cầu kĩ thuật, các loadcell sử dụng strain gauge có thể cung cấp độ chính xác là + / – 0,02% ở mức tải lớn nhất và có khả năng đáp ứng với sự  thay đổi nhiệt độ từ -10C đến 40C. Độ chính xác cũng không bị ảnh hưởng khi đặt ngẫu nhiên tải trọng lên bất kì vị trí nào của khung bàn cân.

Call Now Button