Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến lực

Cảm biến lực (Loadcell) là cảm biến có thể chuyển một lực, trọng lượng sang một tín hiệu điện. Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm biến trong mặt cầu điện trở, đồng thời trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Loadcell điện trở làm việc phụ thuộc vào nguyên lý áp suất – trở kháng. Khi một tải trọng, một lực tác động đến cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi. Sự thay đổi trở kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cung cấp. Cảm biến loadcell được sử dụng nhiều trong cuộc sống như: đo trọng lượng của hàng hoá, phân bố đồng đều trọng lượng hàng hoá trong các dây truyền tự động, đo trọng lượng xe. .. Cấu tạo

Loadcell được cấu tạo từ hai thành phần là: Strain gage và Load. Một loadcell thông thường bao gồm các strain gage được gắn vào mặt của thân loadcell. Thân loadcell là một khối kim loại mềm dẻo và tuỳ theo mỗi loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được chế tạo nhiều hình dạng khác nhau, làm bởi nhiều chất liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép. ..)

• Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo giãn và được cung cấp bởi một nguồn ổn định.

Load là một thanh kim loại có tính chất đàn hồi.

R = Điện trở strain gauge (Ohm)

L = Chiều dài của thanh 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 K

hi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ hạ thấp.

Khi dây bi kéo giãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ tăng lên

Điện trở thay đổi tỷ lệ thuận với tải trọng tác động.

Nguyên lý hoạt động

Một điện áp được cung cấp cho đầu vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu đầu vào được đo giữa hai góc khác.

Tại trạng thái ổn định (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu đầu vào là số không hoặc xấp xỉ bằng không khi bốn điện trở được lắp đúng với giá trị. Khi có tải trọng hoặc ngoại lực tác động trên thân loadcell làm cho thân loadcell bị dãn (kéo hoặc nén), dẫn đến sự thay đổi kích thước chiều dài và đường kính của các sợi kim loại của điện trở strain gage -> thay đổi giá trị điện trở -> thay đổi điện áp đầu vào.

=>> Xem thêm: Chi tiết cách lắp đặt khung bàn cân ô tô đúng cách