Cảm biến cân nặng Load Cell là gì?
Load Cell hay còn được gọi là đầu dò cảm biến lực, là thành phần quan trọng trong hầu hết các hệ thống cân nặng công nghiệp và đời sống. Chức năng cơ bản nhất của cảm biến Load Cell là đo trọng lượng hay đúng hơn là đo lực định hướng. Chúng thường được kết hợp với các phần tử lò xo và đồng hồ đo biến dạng, rồi chuyển đổi thành một đầu ra điện.
Load Cell có sẵn với nhiều cấu hình và tiêu chuẩn khác nhau, tuỳ thuộc vào nhu cầu của ứng dụng và môi trường hoạt động. Một số loại sử dụng các vòng hiệu chỉnh kỹ thuật để đo sự biến động của tải trọng, loại này ít được phổ biến hơn so với các loại cảm biến sử dụng đo độ biến dạng. 
Trong các loại cảm biến Load Cell, có thể phân biệt các mô hình và kiểu dáng khác nhau theo hai cách chính:

• Bằng phương pháp cụ thể sử dụng để phát hiện trọng lượng (cảm biến lực nén, cảm biến lực căng và các loại đo lường khác).
• Theo loại tín hiệu đầu ra được tạo ra (cảm biến lực thủy lực, cảm biến lực áp điện và nhiều cấu hình khác).

Cần lưu ý rằng, bất kỳ loại cảm biến Load Cell nào cũng được thiết kế hoạt động theo hướng của trọng lực do đó phải được căn chỉnh. Tuy nhiên, rất phổ biến khi bắt gặp thuật ngữ 'cảm biến lực' được sử dụng để chỉ nhiều loại thiết bị cảm ứng lực, nhiều loại được thiết kế rõ ràng để đo lực tác dụng từ mọi hướng.
Các thuật ngữ này phần lớn đã trở nên có thể thay thế cho nhau trong nhiều môi trường làm việc ngày nay, vì vậy việc làm rõ chính xác loại thiết bị sẽ sử dụng cho ứng dụng là điều hợp lý khi đánh giá giá cảm biến lực hoặc dự định mua các bộ phận cảm biến lực.
Tại sao sử dụng cảm biến Load Cell
Cảm biến Load Cell được sử dụng rộng rãi như là tiêu chuẩn hiện đại trong hầu hết các ngành công nghiệp nặng, nhà máy sản xuất quy mô lớn và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.
Thực tế là tỷ lệ lớn của tất cả doanh số bán hàng toàn cầu vẫn dựa vào việc đo khối lượng chính xác, đây là một lý do khiến cảm biến cân nặng đóng một vai trò quan trọng trong thương mại hiện đại. Đối với các mục đích sử dụng trực tiếp trong công nghiệp, cảm biến cân nặng cực kỳ quan trọng trong việc duy trì hệ thống kiểm soát chất lượng chính xác cho các quy trình sản xuất nhất quán và an toàn. Chúng cũng được sử dụng rất rộng rãi trong các cơ sở y tế và phòng thí nghiệm để đạt được các phép đo chính xác tối ưu cho những mục đích khoa học và nghiên cứu.
Cảm biến Load Cell nhanh chóng trở nên phổ biến hơn nhiều trong một loạt các ngành công nghiệp mà về bản chất ít phụ thuộc vào các phép đo trọng lượng cực chính xác. Công nghệ cảm biến Load Cell vốn đã tương thích với một loạt các công nghệ truyền thông kỹ thuật số và dựa trên máy tính khác, cho phép các công ty thuộc mọi loại hình nhanh chóng truy cập, theo dõi và phản hồi thông tin chẩn đoán chính trong thời gian thực.
Vì điều này khó đạt được hơn rất nhiều khi sử dụng các thiết bị cân nền cơ học truyền thống, nên việc lắp đặt cảm biến lực thường là sự lựa chọn hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho hầu hết các công ty về lâu dài.
Cảm biến Load Cell hoạt động như thế nào?
Các phần tử lò xo gắn với vật liệu đo biến dạng thường được làm từ thép hoặc nhôm, mang lại cho chúng đặc tính rất bền nhưng cũng rất đàn hồi. Do đó, chúng sẽ biến dạng ở một mức độ nào đó dưới áp lực đủ lớn, có thể là lực từ trên xuống (nén) hoặc lực kéo từ bên dưới (lực căng), trước khi trở lại hình dạng ban đầu.
Các đồng hồ đo biến dạng có thể đo mức độ chính xác của biến dạng này trong các phần tử lò xo ở một mức độ cực kỳ chính xác. Trong một cảm biến cân nặng thông thường, phân tích biến dạng vi mô sau đó được chuyển đổi điện tử thành một kết quả đo trọng lượng có độ chính xác cao. Do đó, áp suất có hướng tạo ra tín hiệu điện trong bộ chuyển đổi cảm biến lực và độ lớn của tín hiệu này tỷ lệ thuận với lực đo được.
Trong quá trình hoạt động, cảm biến cân nặng nói chung phải chịu nhiều tác động từ bên ngoài và phải được kiểm soát, theo dõi và điều chỉnh cẩn thận. Chúng có thể là nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến cấu trúc của bất kỳ vật liệu nào, cũng như một loạt các thách thức môi trường khác, bao gồm thời tiết khắc nghiệt, độ ẩm và bụi xâm nhập và những thay đổi trong điều kiện môi trường xung quanh.
Một yếu tố khác cần xem xét khi lựa chọn cảm biến Load Cell là loại vật liệu vỏ cảm biến mà chúng được chế tạo, với một số loại vật liệu nhất định sẽ phù hợp hơn với các môi trường ứng dụng cụ thể. Các vật liệu phổ biến bao gồm:

• Load Cell nhôm
• Load Cell mạ niken
• Load Cell mạ polyethylene
• Load Cell thép không gỉ

Các loại cảm biến Load Cell

• Cảm biến Load Cell dạng nén: Cảm biến lực nén được thiết kế để chỉ đo lực ‘đẩy’ xuống hoặc bên, giống như bất kỳ hệ thống cân tiêu chuẩn nào. Chúng thường có thiết kế nút tích hợp, làm cho chúng trở thành một loại cảm biến cân nặng tương đối đơn giản và ổn định, chúng khá lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng cân có không gian hạn chế.

• Cảm biến Load Cell dạng lực căng: Cảm biến này đo lường lực kéo tác động lên nó, thường là từ bên dưới, về nguyên tắc cơ bản tương tự như loại cấu hình mà bạn có thể thường gặp trong các cân kỹ thuật số loại treo ở các cửa hàng tạp hóa. Ở quy mô công nghiệp, cảm biến dạng lực căng thường được sử dụng để cân tàu và phễu treo, nghiên cứu vật liệu và thử nghiệm độ bền kéo, ứng dụng đo lực nói chung trong môi trường phòng thí nghiệm và giám sát quá trình hàng không vũ trụ.

• Cảm biến Load Cell dạng thuỷ lực: Cảm biến dạng thủy lực được bố trí xung quanh một pít-tông và xi-lanh, đo chuyển vị dưới tác dụng của lực thông qua một màng ngăn gắn với pít-tông. Điều này ghi lại sự thay đổi áp suất trong một ống chất lỏng, nén hoặc giãn ra dưới tải trọng, sau đó cảm biến lực sẽ phát hiện và chuyển đổi thành giá trị đọc. Các loại cảm biến dạng thủy lực thường được ưa chuộng trong các khu vực ứng dụng đặc biệt nguy hiểm, hạn chế về môi trường hoặc khó tiếp cận, do độ bền tương đối của chúng so với mạch điện nhạy cảm hơn của nhiều loại Load Cell khác. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cân công nghiệp và nông nghiệp đơn giản.

• Cảm biến Load Cell dạng áp điện: Trong điều kiện tải động, các cảm kiểu đồng hồ đo biến dạng kém mạnh mẽ có thể bị lỗi do áp dụng lặp đi lặp lại các chu kỳ tải động cao. Về bản chất, cảm biến lực áp điện hoạt động dọc theo các đường rất giống với cảm biến kiểu đo biến dạng thông thường, tức là sử dụng các nguyên tắc cơ bản của biến dạng. Tuy nhiên, thay vì sử dụng lá đo biến dạng, các tế bào piezo được chế tạo xung quanh một loại vật liệu đầu dò đặc biệt. Vật liệu này có thể chuyển đổi các phép đo lực động và lực thường xuyên tác dụng lên nó thành một công suất điện, dựa trên việc đọc các thay đổi về điện trở trên vật liệu.