Cảm biến lực


Cảm biến là các phần tử nhạy cảm
dùng để biến đổi các đại lượng đo
lường thành tín hiệu điện.

Cảm biến lực là thiết bị dùng để
biến đổi lực tác động thành tín hiệu
điện.
C m bi n l cả ế ự
Cam biến biến dạng được sử
dụng là phần tử cảm biến cơ
bản đối với nhiều loại cảm
biến, bao gồm các cảm biến
áp suất,
loadcell, cảm biến mô-men
xoắn, cảm biến vị trí, vv
THE STRAIN GAUGE (Cảm biến biến dạng)
Hầu hết các loại cảm biến lực đều có một đặc
điểm chung đó là gồm có strain gauge bên trong
Đa số các strain gauge
đều là loại lá mỏng
Chúng bao gồm nhiều lá
điện trở được gắn trên
một lớp vật liệu cách
điện và đàn hồi ,hoạt

động trên nguyên tắc đó
là khi lá bị căng thì điện
trở sẽ thay đổi theo
chiều hướng xác định.
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= Đi n tr strain gauge ệ ở
(Ohm)
L = Chi u dài c a s i kim ề ủ ợ
lo i strain gauge (m)ạ
S = Ti t di n c a s i kim ế ệ ủ ợ
lo i strain gauge (m2)ạ
p= Đi n tr su t v t li u ệ ở ấ ậ ệ
c a s i kim lo i strain ủ ợ ạ
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.
strain gauge được kết nối vào một mạch cầu
Wheatstone với sự kết hợp của các điện trở
Thông th ng R2 đ c thi t l p b ng v i ườ ượ ế ậ ằ ớ
giá tr đi n tr c a strain gauge.ị ệ ở ủ

Hai đi n tr R1 và R3 đ c thi t l p b ng ệ ở ượ ế ậ ằ
nhau.
Nh v y khi không có l c tác đ ng thì c u ư ậ ự ộ ầ
Wheatstone s cân b ng và vôn k s ch ẽ ằ ế ẽ ỉ
0v.
Khi có l c tác đ ng lên strain gauge đi n ự ộ ệ
tr c a nó s thay đ i ,t ng ng c u s ở ủ ẽ ổ ươ ứ ầ ẽ
b m t cân b ng và volt k s ch th m c ị ấ ằ ế ẽ ỉ ị ứ
đi n áp.ệ
Do điện trở của strain gauge thay đổi
theo nhiệt độ nên để đảm bảo tính
chính xác, ta sử dụng các strain
gauge ,thay thế cho R, do đó khi
nhiệt độ thay đổi thì các strain gauge
sẽ thay đổi trở kháng theo cùng một tỉ
lệ,điều này góp phần làm giảm ảnh
hưởng của nhiệt độ lên hệ thống đo.

Các loadcell là những cảm biến
lực (khối lượng, mô-men
xoắn, ).
Khi lực được tác dụng lên một
loadcell, loadcell sẽ chuyển đổi
lực tác dụng thành tín hiệu điện.
LOADCELL
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)

C u t o chính c a ấ ạ ủ
loadcell g m các ồ
đi n tr strain ệ ở
gauges R1, R2, R3,
R4 k t n i thành 1 ế ố
c u đi n tr ầ ệ ở
Wheatstone và đ c ượ
dán vào b m t c a ề ặ ủ
thân loadcell.
Loadcell hoạt động như thế nào?
M t đi n áp kích thích đ c cung c p cho ngõ ộ ệ ượ ấ
vào loadcell (2 góc (1) và (4) c a c u đi n tr ủ ầ ệ ở
Wheatstone) và đi n áp tín hi u ra đ c đo ệ ệ ượ
gi a hai gócữ
khác.
T i tr ng thái cân b ng (tr ng thái không t i), ạ ạ ằ ạ ả
đi n áp tín hi u ra là s không ho c g n b ng ệ ệ ố ặ ầ ằ
không khi b n đi n tr đ c g n phù h p v ố ệ ở ượ ắ ợ ề
giá tr .ị
Đó là lý do t i sao c u đi n tr Wheatstone còn ạ ầ ệ ở
đ c g i là m t m ch c u cân b ng.ượ ọ ộ ạ ầ ằ