Để đo được trọng lượng của vật, hầu hết các cân điện tử đều sử dụng cảm biến trọng lượng, còn được gọi là cảm biến lực hay loadcell. Loại cảm biến này quyết định đến giá trị trọng lượng. Để hiểu rõ hơn về loại cảm biến này, mời bạn tìm hiểu qua bài viết. 

Cảm biến trọng lượng là gì?

Cảm biến lực hoặc cảm biến trọng lượng là một loại cảm biến hay còn gọi là bộ chuyển đổi. Nguyên lý hoạt động của cảm biến trọng lượng phụ thuộc vào việc chuyển tải thành tín hiệu điện tử. Tín hiệu có thể là sự thay đổi điện áp; dòng điện hoặc tần số dựa trên tải cũng như mạch được sử dụng.

Về mặt lý thuyết, cảm biến này phát hiện những thay đổi trong một kích thích vật lý như lực, áp suất hoặc trọng lượng và tạo ra một đầu ra so với kích thích vật lý. Vì vậy, đối với một tải trọng ổn định cụ thể hoặc kích thước trọng lượng, cảm biến này cung cấp giá trị đầu ra và giá trị đó so với độ lớn của trọng lượng. 

Các loại cảm biến trọng lượng

Có bốn loại cảm biến phổ biến là: Khí nén, thủy lực, máy đo sức căng, điện dung.

Cảm biến lực khí nén

Chúng ta sẽ xem xét cách hoạt động của cảm biến lực khí nén.  

Vì nó là khí nén, chúng ta biết rằng nó sẽ liên quan đến áp suất không khí. Cảm biến lực khí nén bao gồm một màng đàn hồi được gắn vào bề mặt bệ nơi sẽ đo trọng lượng.

Sẽ có một bộ điều chỉnh không khí sẽ hạn chế lưu lượng khí áp vào hệ thống và một đồng hồ đo áp suất. Do đó, khi một vật được đặt trên cảm biến lực khí nén, nó sử dụng không khí hoặc khí có áp suất để cân bằng trọng lượng của vật đó.

Không khí cần thiết để cân bằng trọng lượng sẽ xác định trọng lượng của vật nặng bao nhiêu. Đồng hồ đo áp suất có thể chuyển đổi số đọc áp suất không khí thành tín hiệu điện.

Cảm biến lực thủy lực

Tiếp theo, hãy nói về cảm biến lực thủy lực.

Từ thủy lực sẽ cho chúng ta biết rằng cảm biến này sẽ hoạt động bằng cách sử dụng chất lỏng, cho dù là nước hay dầu.

Các cảm biến lực này tương tự như cảm biến lực khí nén nhưng thay vì không khí, chúng sử dụng chất lỏng được điều áp.

Cảm biến lực thủy lực bao gồm:

• Màng chắn đàn hồi

• Một piston có bệ tải trên đỉnh màng ngăn

• Dầu hoặc nước sẽ ở bên trong piston

• Một đồng hồ đo áp suất dạng ống bourdon

Khi một tải trọng được đặt trên bệ tải, piston sẽ tạo áp lực lên chất lỏng chứa bên trong nó. Độ tăng áp suất của chất lỏng tỷ lệ với lực tác dụng hoặc trọng lượng.

Sau khi hiệu chỉnh áp suất, bạn có thể đo chính xác lực hoặc trọng lượng tác dụng lên cảm biến lực thủy lực.

Chỉ số áp suất có thể được đọc như một đồng hồ đo analog hoặc nó có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện từ cảm biến áp suất.

Cảm biến trọng lượng biến dạng

Loại cảm biến lực tiếp theo mà chúng ta sẽ thảo luận là máy đo biến dạng. Đây là kiểu phổ biến nhất của cảm biến lực.

Cảm biến lực đo biến dạng là một bộ chuyển đổi thay đổi điện trở khi bị áp lực.

Điện trở tỷ lệ với ứng suất hoặc biến dạng đặt trên tế bào, giúp dễ dàng hiệu chỉnh thành phép đo chính xác.

Điện trở từ máy đo biến dạng là tuyến tính do đó nó có thể được chuyển đổi thành lực và sau đó là trọng lượng nếu cần.

Cảm biến lực đo biến dạng được tạo thành từ 4 đồng hồ đo biến dạng trong cấu hình cầu Wheatstone. Cầu Wheatstone là một mạch điện đo điện trở chưa biết bằng cách cân bằng hai chân của mạch cầu, một trong hai chân chứa linh kiện chưa biết.

Mạch cầu Wheatstone cung cấp các phép đo cực kỳ chính xác. Các đồng hồ đo biến dạng trong cầu Wheatstone được liên kết với một thanh dầm sẽ biến dạng khi có trọng lượng tác dụng lên.

Cảm biến trọng lượng điện dung

Loại cảm biến lực cuối cùng mà chúng ta sẽ thảo luận là cảm biến lực điện dung.

Cảm biến lực điện dung hoạt động dựa trên nguyên tắc điện dung, là khả năng lưu trữ điện tích của một hệ thống.

Cảm biến lực được tạo thành từ hai tấm phẳng đặt song song với nhau. Các tấm sẽ có một dòng điện áp dụng cho chúng và một khi điện tích ổn định, nó sẽ được lưu trữ giữa các tấm.

Lượng điện tích được lưu trữ, điện dung, phụ thuộc vào độ lớn của khoảng cách giữa các tấm.

Khi một tải được đặt lên tấm, khe hở sẽ co lại cho chúng ta một sự thay đổi trong điện dung có thể được tính thành trọng lượng.

Cảm biến trọng lượng dùng làm gì?

Cảm biến trọng lượng đo lực cơ học, chủ yếu là trọng lượng của vật thể. Ngày nay, hầu hết tất cả các loại cân điện tử đều sử dụng loại cảm biến này để đo trọng lượng. Nó được sử dụng rộng rãi vì độ chính xác khi đo trọng lượng. Cảm biến trọng lượng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác. Có các cấp loadcell khác nhau như cấp A, cấp B, cấp C và cấp D. Mỗi cấp có sự thay đổi cả về độ chính xác và dung lượng.

Việc lựa chọn cảm biến lực cho một ứng dụng cụ thể có thể được thực hiện bằng cách xem xét các điểm sau. 

• Phạm vi đo lường
• Dựa trên ứng dụng
• Yêu cầu năng lực
• Dựa trên yêu cầu về kích thước và đặc điểm kỹ thuật