Tự động hoá ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, và loadcell là một thành phần không thể thiếu trong việc đo lường và kiểm soát tải trọng và khối lượng. Bài viết sẽ giải thích khái niệm loadcell và 3 cách phân loại loadcell phổ biến trên thị trường hiện nay.  

Loadcell là gì? 

Theo định nghĩa được tổng hợp từ nhiều nguồn bởi Temas, loadcell là một loại cảm biến chuyển đổi tải trọng hoặc lực tác động lên nó thành tín hiệu điện tương ứng. Công nghệ này thường được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống đo lường và kiểm soát tải trọng trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hoá. 

Loadcell

Với tính linh hoạt và độ chính xác cao, loadcell đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường và kiểm soát tải trọng và lực trong nhiều ứng dụng công nghiệp, từ cân điện tử đến hệ thống cẩu trục, đồng thời cung cấp thông tin tải trọng chính xác và đáng tin cậy để hỗ trợ quyết định trong quá trình tự động hoá. 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loadcell 

Cấu tạo của loadcell 

Cấu tạo của Loadcell thường bao gồm các thành phần cơ khí và cảm biến, thường được chế tạo từ các vật liệu có độ đàn hồi cao như hợp kim thép, nhôm hoặc hợp kim titanium. 

• Thành phần cơ khí: Loadcell thường bao gồm các thanh thép hoặc cảm biến cơ khí được thiết kế để chịu lực và chuyển đổi nó thành biến đổi cơ học. 
• Cảm biến: Các cảm biến chuyển đổi biến đổi cơ học thành tín hiệu điện. Có thể sử dụng các cảm biến điện trở, cảm biến điện dung, hoặc cảm biến áp suất để ghi nhận sự biến đổi này. 

Nguyên lý hoạt động của loadcell  

• Biến đổi cơ học: Khi có tải trọng hoặc lực tác động, cấu trúc cơ khí bên trong Loadcell sẽ trải qua biến đổi cơ học, chẳng hạn như co dãn hoặc biến dạng. 
• Chuyển đổi thành tín hiệu điện: Biến đổi cơ học sẽ ảnh hưởng đến các cảm biến trong Loadcell, gây ra thay đổi trong các thông số điện trở, điện dung hoặc áp suất. Cảm biến sẽ ghi nhận và chuyển đổi sự thay đổi này thành tín hiệu điện tương ứng. 
• Xử lý và đo lường: Tín hiệu điện này sau đó được đo lường và xử lý thông qua các bộ vi xử lý hoặc hệ thống điện tử để chuyển đổi thành thông tin về tải trọng, cung cấp dữ liệu chính xác và đáng tin cậy. 

Điều quan trọng trong nguyên lý hoạt động của Loadcell là khả năng chuyển đổi chính xác từ biến đổi cơ học sang tín hiệu điện. Điều này đòi hỏi cả sự linh hoạt trong cấu trúc cơ khí để chịu được tải trọng và đồng thời cần có các cảm biến chính xác và đáng tin cậy để ghi nhận biến đổi này. Sự kết hợp giữa các yếu tố cơ khí và điện tử làm cho loadcell trở thành một trong những công nghệ quan trọng trong việc đo lường và kiểm soát tải trọng trong tự động hoá công nghiệp. 

Thông số kỹ thuật của loadcell 

3 cách phân loại loadcell phổ biến  

Dựa trên nguyên lý hoạt động 

• Loadcell Cơ Học: Sử dụng nguyên lý biến dạng cơ học để chuyển đổi tải trọng thành tín hiệu điện. Các loại cơ học bao gồm loadcell kéo, loadcell nén, loadcell thanh. Chúng hoạt động dựa trên sự biến dạng của cấu trúc cơ khí khi tải trọng được áp dụng.

• Loadcell Điện Tử: Sử dụng cảm biến điện tử như cảm biến điện trở, điện dung, hoặc áp suất để chuyển đổi tải trọng thành tín hiệu điện. Các loại này thường có kích thước nhỏ, độ chính xác cao, và ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường hơn. 

Dựa trên cấu trúc cơ khí  

• Compression Loadcell: Thường được sử dụng để đo lường tải trọng nén hoặc lực dọc. Chúng thường có dạng hình trụ hoặc hình cầu. 
• Tension Loadcell: Thường được sử dụng để đo lường tải trọng căng hoặc lực kéo. Cấu trúc của chúng thường có dạng thanh hoặc dây cáp. 
• Shear Loadcell: Được sử dụng để đo lường tải trọng trong trường hợp lực tác động theo hướng cắt. Cấu trúc của chúng thường thiết kế để chịu được lực cắt mà không biến dạng quá mức. 

Dựa trên ứng dụng   

• Loadcell đo lực: Được thiết kế để đo lường lực (lực kéo, lực nhấn, lực nén). Thường được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, đo lường lực chính xác, sử dụng đơn vị đo lực Newton (N). 
• Loadcell đo khối lượng: Còn được gọi là loadcell cân, được sử dụng trong các ứng dụng đo lường khối lượng của vật như sử dụng làm cân điện tử hoặc kiểm tra trọng lượng của sản phẩm. Load cell cân sử dụng đơn vị đo lường khối lượng như kilogram (kg). 

Ứng dụng của loadcell 

Loadcell có rất nhiều ứng dụng đa dạng và quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp sản xuất đến y tế và nhiều lĩnh vực khác như:  

Tự động hoá và robot 

Loadcell thường được tích hợp vào các thiết bị tự động và robot để kiểm soát lực tác động và áp dụng lực cần thiết cho các quá trình sản xuất hoặc thực hiện các tác vụ cụ thể.  

Trong hầu hết các công đoạn ép lắp ráp, cắt, tán đinh,... đều sử dụng các loại máy ép thủy lực, khí nén, hệ trục vít với động cơ servo,... Để kiểm soát và nâng cao chất lượng sản phẩm, các loại máy này thường được trang bị thêm các loại cảm biến để đo lực và hành trình nhằm giám sát toàn bộ các dữ liệu liên quan trong quá trình vận hành. Đặc biệt trong thời đại 4.0, việc thu thập dữ liệu và giám sát là cực kỳ quan trọng.   

Cân điện tử và cân công nghiệp 

Hệ thống cân nói chung và cân tự động nói riêng đóng góp một vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống sản xuất. Load cell được sử dụng trong các ngành công nghiệp nhẹ sản xuất bánh kẹo, sữa, thực phẩm, đồ dùng hằng ngày,... cho tới công nghiệp nặng như khai khoáng, sản xuất xi măng. Loadcell còn được sử dụng trong cân điện tử để đo lường trọng lượng của hàng hóa trong sản xuất, vận chuyển hoặc trong các quá trình đóng gói. 

Sử dụng trong trục cẩu và nâng hạ 

Trong hệ thống cẩu trục và các thiết bị nâng hạ, loadcell được tích hợp để đo lường và kiểm soát tải trọng, đảm bảo an toàn và chính xác trong quá trình nâng hạ và vận chuyển hàng hóa.

Kiểm tra cường độ vật liệu 

Trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và thử nghiệm vật liệu, loadcell được sử dụng để đo lường cường độ, độ đàn hồi và các thuộc tính vật lý của vật liệu như bê tông, kim loại, gỗ... 

Ứng dụng của loadcell rất rộng rãi và đa dạng, đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường và kiểm soát tải trọng hoặc lực tác động trong nhiều lĩnh vực khác nhau của tự động hoá và công nghiệp.

Khách hàng có thể tham khảo sản phẩm giúp đo, kiểm soát lực với loadcell và bộ điều khiển chuyên dụng tại Temas. Với đội ngũ kỹ sư có chuyên môn, kinh nghiệm và quan hệ lâu dài với các đối tác lớn trong lĩnh vực (Unipulse), Temas tự tin mang lại những giải pháp tốt nhất với giá thành hợp lý cho từng ứng dụng cụ thể.