Loadcell là gì ?

LOADCELL ĐƯỢC SẢN XUẤT NHƯ THẾ NÀO ?

Những loadcell 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 loadcell đòi hỏi nhiều công đoạn. Sau đây là một số bước giúp quý khách hàng có thể hình dung được loadcell 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.

2. Nhúng keo và dán các tấm strain gauge lên thân loadcell:

Sau khi được làm sạch bề mặt, thân loadcell và các strain gauge được phủ bằng một lớp keo dính. Các strain gauge này sau đó được dán 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. 

      

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.

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 straingauge.

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.

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.

Strain gauge là gì?

Strain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, nó bao gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi.

Để tăng chiều dài của dây điện trở strain gauge, người ta đặt chúng theo hình ziczac, mục đích là để tăng độ biến dạng khi bị lực tác dụng qua đó tăng độ chính xác của thiết bị cảm biến sử dụng strain gauge.


R= Điện trở strain gauge (Ohm)
L  = Chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
A  =  Tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)
r=  Điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain gauge
Khi dây kim loại bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở
Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ giảm xuống.
Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên
Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động.

Hầu hết các nhà sản xuất strain gauge cung cấp nhiều loại strain gauge khác nhau để phù hợp với các sản phẩm loadcell khác nhau, các ứng dụng trong nghiên cứu và công nghiệp dự án khác nhau.

Họ cũng cung cấp tất cả các phụ kiện cần thiết bao gồm công cụ chuẩn bị, vật liệu, chất kết dính liên kết, cáp, ...

Công việc gắn kết các strain gauge đòi hỏi kỹ năng, sự tỉ mỉ, cẩn thận và các khóa đào tạo kỹ năng này được cung cấp bởi một số nhà cung cấp nhất định.

TÌM HIỂU VỀ LOADCELL SỐ

1. Loadcell số (digital loadcell) là gì ?

Với các loại loadcell xuất tín hiệu tương tự (còn gọi là analog loadcell), việc chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) được thực hiện bởi bộ chỉ thị indicator. Còn đối với loadcell số (digital loadcell), quá trình chuyển đổi từ tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu số (A/D) được thực hiện trong chính bản thân loadcell. Sau quá trình xử lý và chuyển đổi một cách chính xác, một tín hiệu số (digital signal) sẽ được đưa về bộ chỉ thị cân điện tử số (digital indicator).

2. Tín hiệu từ loadcell số (digital loadcell) và tín hiệu từ loadcell tương tự (analog loadcell) khác nhau thế nào ?

Tín hiệu từ loadcell số (digital loadcell) truyền về bộ chỉ thị là dạng số, trong khi tín hiệu từ loadcell tương tự (analog loadcell) truyền về bộ chỉ thị là dạng điện áp.

Với loadcell tương tự (analog loadcell), tín hiệu ngõ ra của loadcell phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho loadcell (chính là điện áp được cung cấp bởi bộ chỉ thị). Ví dụ với loadcell capacity là 10t và thông số ngõ ra là 2mV/V, khi đặt lên loadcell 1 tải trọng là 10t, nếu điện áp cung cấp cho loadcell là 10V thì tín hiệu ngõ ra của loadcell đạt 20 mV (2 mV x 10V) còn nếu điện áp cung cấp cho loadcell là 8V thì tín hiệu ngõ ra của loadcell chỉ đạt 16 mV (2 mV x 8V).

Với loadcell số (digital loadcell), tín hiệu ngõ ra của loadcell là dạng số nên không phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp cho loadcell. Ví dụ với loadcell số (digital loadcell) có capacity là 10t, khi đặt lên loadcell 1 tải trọng là 10t, thì tín hiệu ngõ ra luôn là 10.000 cho dù điện áp cung cấp cho loadcell có là 10V hay 8V đi nữa.

3. Tín hiệu số là gì ?

Với loadcell số (digital loadcell), tín hiệu ngõ ra của loadcell là dữ liệu dạng số và được truyền về bộ chỉ thị thông qua các cổng giao tiếp nối tiếp (serial communication ) ví dụ như RS485, phương thức giao tiếp Modbus-RTU. Với tín hiệu số (digital signal), bên cạnh dữ liệu về tải trọng (dữ liệu đo lường), ta có thể thu được dữ liệu quá tải của loadcell, tên của nhà sản xuất, loại máy, và số serial … những việc này loadcell tương tự (analog loadcell) không thể làm được.

4. Loadcell số (digital loadcell) có tương thích với nhau không ?

Khả năng tương thích của loadcell số (digital loadcell) kém hơn loadcell tương tự (analog loadcell).

Với loadcell tương tự (analog loadcell) và bộ chỉ thị từ các nhà sản xuất khác nhau có thể sử dụng kết hợp lẫn nhau một cách tự do. Với loadcell số (digital loadcell) và bộ chỉ thị số, hầu hết các khách hàng được khuyến cáo rằng các loadcell số (digital loadcell) và bộ chỉ thị số của cùng một nhà sản xuất được sử dụng lắp đặt với nhau.

Với loadcell số (digital loadcell), ngoài các giá trị cơ bản trong chuỗi dữ liệu mà loadcell số (digital loadcell) truyền về bộ chỉ thị, mỗi nhà sản xuất có thể thêm vào các thông tin của riêng họ. Do đó, nếu kết hợp loadcell số (digital loadcell) và bộ chỉ thị từ các nhà sản xuất khác nhau có thể gây ra các vấn đề về truyền nhận dữ liệu. Hơn nữa, điện áp cung cấp cho các loadcell số (digital loadcell) khác nhau tùy theo nhà sản xuất nên phải thận trọng khi sử dụng thiết bị từ các công ty khác. Vì thế nên chọn loadcell số (digital loadcell) và bộ chỉ thị của cùng 1 nhà sản xuất.

Tuy nhiên, khả năng loadcell số (digital loadcell) và bộ chỉ thị số của 2 nhà sản xuất khác nhau vẫn có thể sử dụng với nhau nhưng rất hiếm – ví dụ loadcell số (digital loadcell) của Zemic có thể dùng chung với bộ chỉ thị số của Yaohua.

5. Có vấn đề sai số do dây dẫn không?

Với loadcell tương tự (analog loadcell), các vấn đề về dây loadcell (bị oxy hóa, bị lỏng mối nối, bị ẩm ướt …) có thể làm giảm điện áp cung cấp hoặc làm thay đổi điện áp truyền từ loadcell về bộ chỉ thị. Do tín hiệu xuất ra củ loadcell tương tự (analog loadcell) là dạng điện áp nên các vấn đề về dây loadcell trên có thể gây ra sai số.

Với loadcell số (digital loadcell), tín hiệu xuất ra là dạng số nên các vấn đề như trên không gây ra sai số, hơn nữa các nhà sản xuất cũng có giải pháp để ngăn chặn sự suy giảm tín hiệu số truyền về bộ chỉ thị do hệ thống dây tín hiệu của từng loadcell, đảm bảo sự ổn định làm việc của cả hệ thống cân.

6. Dây cáp nào sử dụng cho loadcell số (digital loadcell) ?

Dây cáp loadcell tương tự (analog loadcell) không sử dụng được cho loadcell số (digital loadcell).

Những loại cáp này không được thiết kế để sử dụng truyền nhận tín hiệu giao tiếp nối tiếp (serial communication ) RS485. Các loadcell số (digital loadcell) sử dụng 1 cặp dây cáp bọc kim đôi che (giao tiếp song với 4 dây) để sử dụng trong giao tiếp dữ liệu nối tiếp.

Với các loại loadcell số (digital loadcell), tín hiệu cân được truyền dẫn theo 1 cáp bọc kim và nguồn cấp cho loadcell số (digital loadcell) được truyền dẫn theo cáp bọc kim khác. Nếu như cáp quá dài, người ta phải kiểm tra xem có giảm điện áp do dây cáp dài hay không để đảm bảo điện áp quy định được cung cấp cho các loadcell số (digital loadcell).

7. Sự khác nhau trong phương pháp hiệu chỉnh các góc của hệ thống cân sử dụng loadcell tương tự (analog loadcell) và loadcell số (digital loadcell) ?

Khi kết hợp 1 số loadcell tương tự (analog loadcell) để lắp đặt thành 1 hệ thống cân, điệp áp cung cấp và tín hiệu trả về của các loadcell tương tự (analog loadcell) được điều chỉnh bằng nhau thông qua các biến trở trong hộp nối tín hiệu (junction box). Nói chung, sai số giữa các góc của hệ thống cân được điều chỉnh bằng các biến trở trong hộp nối tín hiệu (junction box).

Đối với loadcell số (digital loadcell), việc điều chỉnh này được thực hiện nhờ bộ chỉ thị, chỉ cần đặt tải trọng từng vị trí loadcell và khai báo giá trị trên bộ chỉ thị, do đó tiết kiệm thời gian hiệu chỉnh và thuận lợi rất nhiều so với loadcell tương tự (analog loadcell).

8. Có dễ dàng phát hiện các loadcell số (digital loadcell) bị hư hỏng ?

Với loadcell tương tự (analog loadcell), việc phát hiện và kiểm tra loadcell hư hỏng khá phức tạp, nó đòi hỏi kĩ thuật viên phải có trình độ nhất định cùng với các dụng cụ chuyên dùng. Tuy nhiên, việc phát hiện và kiểm tra loadcell hư hỏng thì dễ dàng với loadcell số (digital loadcell) do tín hiệu của mỗi loadcell số (digital loadcell) không trùng nhau.

Bởi vì mỗi loadcell số (digital loadcell) có tín hiệu đầu ra riêng của mình và các loadcell được “đánh số” bởi bộ chỉ thị. Do đó bộ chỉ thị dễ dàng xác định bất kì vấn đề trục trặc của bất kì loadcell số (digital loadcell) nào nếu như có một loadcell số (digital loadcell) không gửi tín hiệu về bộ chỉ thị. Kĩ thuật viên không cần kiểm tra và cũng không cần dụng cụ hay thiết bị gì.

9. Kết nối loadcell số (digital loadcell) với bộ chỉ thị có giống loadcell tương tự (analog loadcell) không ?

Khi kết hợp 1 số loadcell tương tự (analog loadcell) để lắp đặt thành 1 hệ thống cân, các loadcell được nối với 1 hộp nối tín hiệu (junction box) và ngõ ra của hộp nối sẽ kết nối với bộ chỉ thị.

Với loadcell số (digital loadcell) đời cũ thì việc kết nối các loadcell số (digital loadcell) với bộ chỉ thị cũng sử dụng 1 hộp nối (junction box) chuyên dùng cho loadcell số (digital loadcell) trước khi kết nối về bộ chỉ thị.

Ngày nay, sự phát triển dòng loadcell số (digital loadcell) mới cho phép các loadcell kết nối nối tiếp nhau và loadcell cuối cùng trong chuỗi sẽ kết nối với bộ chỉ thị. Với các dòng loadcell số (digital loadcell) mới này thì hộp nối (junction box) là không cần thiết.