Phần tìm hiểu cá nhân

Định nghĩa:
- Theo định nghĩa chung, cảm biến là thiết bị có chức năng biến đổi các đại
lượng vật lý thành các tín hiệu điện.
- Cảm biến tải trọng (cịn gọi là Loadcell) là thiết bị chuyển đổi
(sensor/transducer) lực thành tín hiệu điện có thể đo lường được. Mặc dù có rất
nhiều loại cảm biến lực nhưng cảm biến tải trọng kiểu biến dạng kế là loại phổ
biến nhất. Ngoại trừ một số điều kiện đặc biệt như trong phòng thí nghiệm, những
nơi yêu cầu độ chính xác của cảm biến, thì cảm biến lực ứng suất vẫn chiếm ưu thế
trong cơng nghiệp.
- Loại cảm biến biến dạng kế có giá trị chính xác cao, linh hoạt trong sử
dụng và giá thành rẻ.

Cấu trúc
Về cấu trúc, loadcell được làm từ kim loại (nhôm, hợp kim thép, thép không rỉ)
gắn chặt với biến dạng kế. Cấu trúc này giúp cho loadcell vừa ổn định vừa có tính
dẻo cần thiết. Tính đàn hồi này có được nhờ vào hình dạng có dạng lị xo. Khi có
lực tác động lên cảm biến, “dạng lị xo” xảy ra biến dạng nhẹ, theo đó biến dạng kế
cũng sẽ biến dạng theo. Cả 2 sẽ trở về dạng ban đầu trong trường hợp k bị quá tải.

Hình dạng bên ngồi
 Dầm cắt (shear beam), một khối vật liệu thẳng được cố định ở một đầu và
chịu tải (đưa tải vào) ở đầu kia


 Dầm cắt đầu đôi (Double-ended shear beam), một khối vật liệu thẳng được
cố định ở cả hai đầu và đưa tải vào ở trung tâm.

 Cảm biến tải trọng dạng nén, một khối vật liệu được thiết kế để đưa tải vào
tại một điểm hoặc vùng chịu nén.

 Cảm biến tải trọng loại S, khối vật liệu hình chữ S có thể được sử dụng theo

cả dạng nén và dạng kéo (các liên kết tải và cảm biến tải trọng dạng kéo
được thiết kế chỉ cho dạng kéo).


 Kẹp dây, một khối gắn liền với một sợi dây thừng và đo độ căng của nó. Kẹp
dây được sử dụng phổ biến trong Palăng, cần cẩu và thang máy do dễ dàng
lắp đặt; chúng phải được thiết kế với dải tải trọng lớn, bao gồm cả tải cực đại
động lực, vì vậy đầu ra cho tải trọng định mức của chúng có xu hướng thấp
hơn các loại cảm biến tải trọng khác

 Loadpin, được sử dụng để cảm biến tải trọng trên các trục xe trong hệ thống
cân động (WIM).


Nguyên lý hoạt động
1. Biến dạng kế (điện trở phẳng)
Cảm biến tải trọng kiểu biến dạng kế hoạt động theo nguyên tắc: biến dạng kế
(điện trở phẳng) sẽ bị biến dạng khi vật liệu của cảm biến tải trọng bị biến dạng
thích hợp. Sự biến dạng của biến dạng kế khiến điện trở của nó thay đổi tỷ lệ
thuận. Sự thay đổi điện trở của biến dạng kế làm thay đổi giá trị điện (đã được hiệu
chuẩn cho tải) đặt trên cảm biến.
Mỗi biến dạng kế được tạo thành từ dây hoặc giấy bạc rất mịn, được xếp theo mơ
hình lưới và được gắn vào lớp nền linh hoạt. Khi hình dạng của biến dạng kế thay
đổi thì điện trở của nó sẽ thay đổi. Lực kéo kéo căng biến dạng kế làm cho các
khiến các thành phần bên trong mỏng và dài hơn dẫn đến làm tăng điện trở. Lực
nén nén biến dạng kế thì làm cho các thành phần bên trong trở nên dày hơn và
ngắn lại từ đó điện trở giảm. Sự thay đổi điện trở trên 1 biến dạng kế là rất nhỏ nên
ngta đã tăng số lượng biến dạng kế lên 4 và ghép với nhau tạo thành mạch cầu
Wheatstone.

2. Mạch cầu Wheatstone
Là mạch gồm 4 biến dạng kế và một nguồn điện áp kích thích VEX như hình dưới.

Điện áp đầu ra Vo có thể thay đổi phụ thuộc vào điện trở của các biến dạng kế. Khi
ở trạng thái cân bằng (khơng có lực tác dụng) thì Vo = 0. Nếu điện trở của 1 trong
các biến dạng kế thay đổi thì điện áp đầu ra cũng thay đổi. theo công thức

( R 3+R 3R 4 − R 1+R 2R 2 ) .V

V o=

EX


Ứng dụng đề tài
Ở trong đề tài này, cảm biến Loadcell 5kg dạng dằm cắt được sử dụng. Cảm biến
có kích thước dài x rộng x cao lần lượt là 75 x 12.7 x 12.7mm. Phía trên cảm biến
được khoét 2 lỗ trịn ở chính giữa, mỗi đầu cảm biến có 2 lỗ ốc M3.5 cách nhau
10mm tính từ tâm.