Thành phần cảm biến tải trọng dầm uốn đôi
Cảm biến tải trọng là một bộ cảm biến được sử dụng để tạo ra một tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ thuận với lực đo được. Có nhiều loại cảm biến tải trọng khác nhau bao gồm thủy lực, khí nén và biến dạng.
Cảm biến tải trọng kiểu nén
Cảm biến tải trọng kiểu biến dạng kế[sửa|sửa mã nguồn]
Thành phần lò xo của cảm biến tải trọng thanh đẩy-kéo
Cảm biến tải trọng kiểu biến dạng kế là loại được sử dụng phổ cập nhất trong công nghiệp. Cảm biến tải trọng loại này đặc biệt quan trọng cứng, có giá trị cộng hưởng rất tốt, và tuổi thọ sử dụng cao. Cảm biến tải trọng kiểu biến dạng kế hoạt động giải trí theo nguyên tắc : biến dạng kế ( điện trở phẳng ) sẽ bị biến dạng khi vật tư của cảm ứng tải trọng bị biến dạng thích hợp. Sự biến dạng của biến dạng kế khiến điện trở của nó đổi khác tỷ suất thuận. Sự đổi khác điện trở của biến dạng kế làm đổi khác giá trị điện ( đã được hiệu chuẩn cho tải ) đặt trên cảm ứng .Một cảm ứng tải trọng thường gồm có bốn biến dạng kế được mắc theo sơ đồ cầu Wheatstone. Cảm biến tải trọng dùng một biến dạng kế ( cầu một phần tư ) hoặc hai biến dạng kế ( cầu 50% ) cũng hoàn toàn có thể được sử dụng. [ 1 ] Đầu ra tín hiệu điện thường có giá trị vài milivolt ( mV ) và cần phải được khuếch đại bởi một bộ khuếch đại trước khi nó hoàn toàn có thể được sử dụng. Đầu ra của bộ chuyển đổi hoàn toàn có thể được khuếch đại để thống kê giám sát lực công dụng lên bộ quy đổi. Đôi khi một bộ ADC có độ phân giải cao, thường là 24 – bit, hoàn toàn có thể được sử dụng trực tiếp .Bản thân những biến dạng kế được gắn vào thành một dầm hoặc bộ phận cấu trúc mà sẽ biến dạng khi có vật nặng đè lên. Trong hầu hết những trường hợp, bốn biến dạng kế được sử dụng để thu được độ nhạy tối đa và để bù nhiệt độ. Hai biến dạng kế thường đo lực căng hoàn toàn có thể được ký hiệu là T1 và T2, và hai biến dạng kế dùng để đo lực nén hoàn toàn có thể được ký hiệu là C1 và C2, và được đấu nối có bù để kiểm soát và điều chỉnh. Các cảm ứng tải trọng kiểu biến dạng kế về cơ bản là một lò xo được tối ưu hóa để đo độ biến dạng. Biến dạng kế được gắn ở những nơi phân bổ độ biến dạng theo dạng nén hoặc dạng căng. Khi có vật nặng đè lên những cảm ứng tải trọng, những biến dạng kế đo lực nén C1 và C2 sẽ giảm điện trở của chúng. Đồng thời, biến dạng kế T1 và T2 bị kéo giãn làm tăng điện trở của chúng. Sự biến hóa điện trở làm tăng dòng điện chạy qua C1 và C2 và làm giảm dòng điện chạy qua T1 và T2. Vì vậy, một sai khác về điện áp sẽ được cảm nhận giữa những đầu ra hoặc đầu tín hiệu của cảm ứng tải trọng. Các biến dạng kế được gắn trong một cầu xô lệch để tăng cường mức độ đúng chuẩn của phép đo. [ 2 ] Khi có khối lượng đè lên, sự biến dạng làm đổi khác điện trở của những biến dạng kế tỉ lệ thuận với tải trọng. [ 3 ] Các cảm ứng tải trọng khác đang trở nên ít được sử dụng, khi cảm ứng tải trọng kiểu biến dạng kế liên tục được tăng độ đúng chuẩn và giảm ngân sách đơn vị chức năng. [ 4 ]
Hình dạng thông dụng[sửa|sửa mã nguồn]
Các cảm ứng tải trọng có một số ít hình dạng thông dụng như sau :
- 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.
Cảm biến dầm cắt dành cho cân bàn, giường bệnh viện, v.v.
Những yếu tố thường gặp[sửa|sửa mã nguồn]
- Lắp đặt cơ khí: cảm biến phải được lắp đúng cách. Tất cả các lực tải phải đi qua mà nơi độ biến dạng của nó được cảm nhận phần của cảm biến tải trọng. Ma sát có thể gây ra sự chênh lệch hoặc trễ. Việc lắp đặt sai có thể dẫn đến cảm biến báo các lực dọc theo trục không mong muốn, mà vẫn có thể tương quan với tải trọng cảm nhận được, gây nhầm lẫn cho kỹ thuật viên.
- Quá tải: Trong phạm vi làm việc định mức, các cảm biến tải trọng biến dạng đàn hồi và trở về hình dạng của nó sau khi tải đã rời khỏi. Nếu tải trọng đặt lên cao hơn mức chịu đựng tối đa của nó, vật liệu của cảm biến tải trọng có thể bị biến dạng dẻo; điều này có thể dẫn đến sai lệch tín hiệu, mất tính tuyến tính, khó hoặc không thể hiệu chuẩn, hoặc thậm chí gây tổn thương cơ học đối với phần tử cảm biến (ví dụ như bị phân tách, vỡ).
- Các vấn đề về đấu dây: các dây dẫn nối với cảm biến có thể bị tăng điện trở, ví dụ như do bị ăn mòn. Ngoài ra, dòng rò có thể do sự xâm nhập của độ ẩm. Trong cả hai trường hợp tín hiệu sẽ bị sai lệch (trừ khi tất cả các dây dẫn bị ảnh hưởng như nhau) và độ chính xác sẽ bị mất.
- Nguy hiểm về điện: các cảm biến tải trọng có thể bị hỏng do dòng điện cảm ứng hoặc dòng điện dẫn. Sét đánh vào công trình xây dựng, hoặc hàn hồ quang thực hiện gần các cảm biến, có thể tác động đến các điện trở tốt của biến dạng kế và gây hư hỏng hoặc phá hủy chúng. Để hàn gần cảm biến, đề nghị ngắt điện các cảm biến tải trọng và nối đất tất cả các chân của nó. Điện áp cao có thể phá hỏng lớp cách điện giữa đế và biến dạng kế.
- Tính phi tuyến: ở dãi thấp của thang đo, các cảm biến tải trọng có xu hướng phi tuyến. Điều này trở nên quan trọng đối với các cảm biến có phạm vi đo rất lớn, hoặc dư thừa lớn khả năng chịu tải để chịu được quá tải tạm thời hoặc những cú sốc (ví dụ như kẹp dây). Có thể cần thêm nhiều điểm để cân chỉnh đường đặc tuyến của cảm biến.
- Việc lựa chọn chính xác một cảm biến tải trọng cho ứng dụng là một yếu tố quan trọng để đạt được độ chính xác và độ tin cậy. Vậy những thông số cần phải được xem xét khi lựa chọn một cảm biến tải trọng [5] là gì?
Kích thích và đầu ra định mức[sửa|sửa mã nguồn]
Cầu được kích thích với điện áp không thay đổi ( thường là 10V, nhưng hoàn toàn có thể là 20V, 5V hoặc ít hơn cho thiết bị chạy bằng pin ). Điện áp chênh lệch tỷ suất thuận với tải sau đó sẽ Open trên những đầu ra tín hiệu. Đầu ra của cảm ứng được định mức bằng milivolt trên volt ( mV / V ) của điện áp chênh lệch ở mức đầy tải định mức cơ học. Vì vậy, một cảm ứng tải trọng 2,96 mV / V sẽ cung ứng tín hiệu 29,6 millivolt ở mức đầy tải khi bị kích thích với 10 vôn .Giá trị độ nhạy nổi bật là 1 đến 3 mV / V. Điện áp kích thích tối đa nổi bật là khoảng chừng 15 vôn .
Các cảm ứng đủ cầu thường được đấu theo sơ đồ bốn dây. Các dây dẫn ở đầu trên và đầu dưới của cầu là kích thích ( thường được gắn nhãn là E + và E −, hoặc Ex + và Ex − ), những dây nối hai bên của nó là tín hiệu ( có nhãn S + và S − ). Lý tưởng nhất, chênh lệch điện áp giữa S + và S − là 0 khi tải bằng không, và tăng tỷ suất với tải trọng cơ học của cảm ứng tải trọng .Đôi khi sơ đồ sáu dây cũng được sử dụng. Hai dây bổ trợ là dây ” cảm nhận ” ( sense ) ( Sen + và Sen − ), và được liên kết với cầu với hai dây Ex + và Ex – dây, trong cùng một kiểu tương tự như như cảm ứng bốn đầu. Với những tín hiệu bổ trợ này, bộ điều khiển và tinh chỉnh hoàn toàn có thể bù cho sự biến hóa về điện trở dây dẫn do nhiễu như xê dịch nhiệt độ .Các điện trở riêng không liên quan gì đến nhau trên cầu thường có điện trở 350 Ω. Đôi khi là những giá trị khác ( thường là 120 Ω, 1,000 Ω ) .Cầu đo thường được cách điện với mặt phẳng. Các thành phần cảm biến ở gần nhau và trong tiếp xúc nhiệt tốt lẫn nhau, để tránh những tín hiệu vi sai gây ra bởi sự chênh lệch về nhiệt độ .
Sử dụng nhiều cảm biến
[sửa|sửa mã nguồn]
Có thể sử dụng một hoặc nhiều cảm ứng tải trọng để giám sát một tải đơn .Nếu lực hoàn toàn có thể được tập trung chuyên sâu đến một điểm duy nhất ( cảm ứng có thang đo nhỏ, dây đo tải, tải trọng kéo, tải trọng điểm ), một cảm ứng đơn hoàn toàn có thể được sử dụng. Đối với dầm dài, hai cảm ứng ở đầu cuối sẽ được sử dụng. Xi lanh thẳng đứng hoàn toàn có thể được đo tại ba điểm, những đối tượng hình chữ nhật thường nhu yếu bốn cảm ứng. Nhiều cảm ứng hơn được sử dụng cho những thùng chứa hoặc nền tảng lớn hoặc với những tải rất nặng .Nếu những tải được bảo vệ đối xứng, một số ít cảm ứng tải trọng hoàn toàn có thể được thay thế sửa chữa bằng những chốt. Điều này tiết kiệm chi phí ngân sách của những cảm ứng tải trọng nhưng hoàn toàn có thể làm giảm đáng kể độ đúng mực .Các cảm ứng tải trọng hoàn toàn có thể được liên kết song song ; trong trường hợp đó, tổng thể những tín hiệu tương ứng sẽ được liên kết với nhau ( Ex + tới Ex +, S + đến S +, … ) và tín hiệu thu được là trung bình cộng của những tín hiệu từ tổng thể những cảm ứng thành phần. Điều này thường được sử dụng so với cân đo cá thể, hoặc những cảm ứng khối lượng đa điểm khác .Việc gán màu phổ cập nhất là màu đỏ cho Ex +, màu đen cho Ex −, màu xanh lá cây cho S + và màu trắng cho S − .Việc gán màu ít phổ cập hơn là màu đỏ cho Ex +, màu trắng cho Ex −, màu xanh lá cây cho S + và màu xanh dương cho S − hoặc màu đỏ cho Ex +, màu xanh cho Ex −, màu xanh lá cây cho S + và màu vàng cho S −. [ 6 ] Các giá trị khác cũng hoàn toàn có thể, ví dụ : màu đỏ cho Ex +, màu xanh lá cây cho Ex −, màu vàng cho S + và màu xanh dương cho S −. [ 7 ]
Cảm biến tải trọng áp điện[sửa|sửa mã nguồn]
Cảm biến tải trọng kiểu áp điện hoạt động giải trí trên nguyên tắc biến dạng giống như những cảm ứng tải trọng biến dạng kế, nhưng một đầu ra điện áp được tạo ra bởi vật tư áp điện cơ bản – tỷ suất thuận với độ biến dạng của cảm ứng tải trọng. Loại cảm ứng này rất hữu dụng cho những phép đo lường lực động / liên tục. Hầu hết những ứng dụng của cảm ứng tải trọng dựa trên nguyên tắc áp điện đều ở trong những điều kiện kèm theo tải động, nơi những cảm ứng tải trọng biến dạng kế hoàn toàn có thể thất bại với những chu kỳ luân hồi tải động cao. Phải nhớ rằng hiệu ứng áp điện là động, có nghĩa là, đầu ra điện của một đồng hồ đeo tay là một hàm xung và không phải là tĩnh. Đầu ra điện áp chỉ có ích khi biến dạng đang biến hóa và không đo những giá trị tĩnh .Tuy nhiên, tùy thuộc vào mạng lưới hệ thống điều hòa được sử dụng, hoạt động giải trí ” quasi static ” ( bán tĩnh ) hoàn toàn có thể được triển khai. Sử dụng cái gọi là ” Bộ khuếch đại Charge ” với hằng số thời hạn ” Dài ” được cho phép phép đo đúng mực lê dài nhiều giờ cho những tải lớn cho tới nhiều phút cho những tải nhỏ. Một ưu điểm khác của cảm ứng tải trọng kiểu áp điện, điều kiện kèm theo đi kèm với bộ khuếch đại Charge, là hoàn toàn có thể đạt được dải đo rộng. Người dùng hoàn toàn có thể chọn một cảm ứng tải trọng với dãi đo hàng trăm kN và sử dụng nó để đo lực chỉ có vài N với cùng một tỷ suất Tín hiệu / nhiễu, một lần nữa điều này chỉ hoàn toàn có thể với việc sử dụng bộ kiểm soát và điều chỉnh ” khuếch đại Charge ” .
Cảm biến tải trọng thủy lực[sửa|sửa mã nguồn]
Các cảm ứng tải trọng thủy lực sử dụng một piston và xy-lanh thường thì và phối hợp với piston được đặt trong một màng đàn hồi mỏng mảnh. Piston không thực sự tiếp xúc với cảm ứng tải trọng. Các điểm dừng cơ học được đặt để ngăn ngừa sự căng quá tải của màng đàn hồi khi tải vượt quá số lượng giới hạn nhất định. Cảm biến tải trọng loại này được đồ đầy dầu. Khi tải được đặt lên trên piston, hoạt động của piston và màng dẫn đến sự ngày càng tăng áp suất dầu. Áp lực này sau đó được truyền đến một đồng hồ đeo tay đo áp suất thủy lực trải qua một ống cao áp lực đè nén cao. [ 8 ] Ống Bourdon của đồng hồ đeo tay cảm nhận áp lực đè nén và hiển thị lên trên mặt đồng hồ đeo tay. Bởi vì cảm ứng này không có những thành phần điện, nó trở thành lý tưởng để sử dụng trong những khu vực nguy hại. [ 9 ] Các ứng dụng cảm ứng tải trọng thủy lực điển hình bao gồm cân bình chứa, thùng, và phễu. [ 10 ] Ví dụ, một cảm ứng tải trọng thủy lực sẽ vô can với điện áp thoáng qua ( sét đánh ) vì thế loại cảm ứng tải trọng này hoàn toàn có thể là một thiết bị hiệu suất cao hơn trong những thiên nhiên và môi trường ngoài trời. Công nghệ này đắt hơn những loại cảm ứng tải trọng khác. Nó là một công nghệ tiên tiến tốn kém và do đó không hề cạnh tranh đối đầu hiệu suất cao về kinh tế tài chính. [ 11 ]
Cảm biến tải trọng kiểu khí nén[sửa|sửa mã nguồn]
cảm ứng tải trọng loại này được phong cách thiết kế để tự động hóa kiểm soát và điều chỉnh áp suất cân đối. Áp suất không khí được đặt vào một đầu của màng đàn hồi và nó thoát ra qua một cái vòi được đặt ở dưới cùng của cảm ứng tải trọng. Một đồng hồ đeo tay áp suất được gắn với cảm ứng tải trọng để đo áp suất bên trong cảm ứng. Độ lệch của màng đàn hồi ảnh hưởng tác động đến luồng không khí qua vòi cũng như áp suất bên trong buồng .
Các loại khác[sửa|sửa mã nguồn]
Các loại khác gồm có những cảm ứng tải trọng dây rung, rất hữu dụng trong những ứng dụng cơ điện do lượng trôi dạt thấp và cảm ứng tải trọng điện dung, trong đó điện dung của tụ điện đổi khác khi có tải nén hai bản cực của tụ lại với nhau .
Mọi cảm biến tải trọng đều có thể “đổ chuông” khi bị thay đổi tải đột ngột. Điều này xuất phát từ hành vi giống như lò xo của các cảm biến tải trọng. Để đo tải trọng, chúng phải biến dạng. Như vậy, một cảm biến tải trọng có độ cứng hữu hạn phải có hành vi giống như lò xo, thể hiện các dao động ở tần số tự nhiên của nó. Một mẫu dữ liệu dao động có thể là kết quả của việc đổ chuông. Việc đổ chuông có thể bị chặn trong một kiểu giới hạn bằng các phương tiện thụ động. Ngoài ra, một hệ thống điều khiển có thể sử dụng một bộ truyền động để chủ động làm giảm dao động của cảm biến tải trọng. Phương pháp này có hiệu suất tốt hơn với cái giá là tăng đáng kể độ phức tạp của nó.
Các cảm ứng tải trọng được sử dụng trong 1 số ít loại dụng cụ đo lường và thống kê như cân phòng thí nghiệm, cân công nghiệp, cân bàn [ 12 ] và máy thử nghiệm phổ dụng. [ 13 ] Từ năm 1993, British Antarctic Survey đã lắp ráp những cảm ứng tải trọng tại những tổ sợi thủy tinh để cân chim hải âu con. [ 14 ] Các cảm ứng tải trọng được sử dụng trong nhiều mục khác nhau như ” 7 post shaker ” thường được sử dụng để lắp ráp những xe đua .
Các đặc tính của cảm ứng tải trọng[sửa|sửa mã nguồn]
Các cảm ứng tải trọng thường được sử dụng để đo khối lượng trong môi trường tự nhiên công nghiệp. Chúng hoàn toàn có thể được lắp ráp trên những phễu, lò phản ứng … vv … để trấn áp khối lượng của chúng, thườn có vai trò cực kỳ quan trọng so với một quy trình tiến độ công nghiệp. Một số đặc tính hiệu suất của những cảm ứng tải trọng phải được xác lập để bảo vệ chúng sẽ phân phối tốt với mong ước. Trong số những đặc thù phong cách thiết kế đó là :
- Sai số kết hợp
- Khoảng thời gian kiểm tra tối thiểu
- Độ phân giải
- ASTM E4 – Thực hành kiểm tra lực của các máy thử
- ASTM E74 – Thực hành hiệu chuẩn các dụng cụ đo lực để kiểm tra chỉ thị lực của máy thử
- NTEP – Hội nghị quốc gia về trọng lượng và đo lường (Giấy chứng nhận phù hợp)
Bản mẫu : Sensors
