Ứng Dụng Cảm Biến Lực Cải Thiện An Toàn Cho Xe Nâng | CNSG

Cảm biến lực là Force Senso dùng để phát hiện và chuyển đổi các đại lượng cơ học bên trong thành tín hiệu điện có cường độ tương ứng với lực tác động. 

Xe nâng là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, giúp di chuyển và nâng hạ các loại hàng hóa nặng. Tuy nhiên, với việc xử lý các tải trọng lớn và di chuyển trên các địa hình khó khăn, việc bảo đảm an toàn khi sử dụng xe nâng là một thách thức lớn đối với các nhà quản lý và người vận hành. 

Cảm biến lực đã trở thành một giải pháp hiệu quả để cải thiện an toàn và hiệu suất cho xe nâng, hãy cùng tìm hiểu những thông tin về cảm biến lực ngay trong bài viết này của CNSG. 

Cảm biến lực là gì?

Cảm biến lực còn được gọi với tên tiếng anh là Force Sensor hay Loadcell, đây một thiết bị cảm biến được sử dụng để phát hiện và chuyển đổi các đại lượng cơ học như áp suất, lực căng, mô-men xoắn, trọng lượng, biến dạng và ứng suất bên trong thành tín hiệu điện có cường độ tương ứng với lực tác động. 

Tín hiệu từ cảm biến lực này được truyền tới bộ xử lý tín hiệu và hiển thị lên đồng hồ đo lực để con người có thể xác định thông số lực tác động cần đo.

Nhờ vào ứng dụng của cảm biến lực này, nó đã trở thành thành phần cốt lõi không thể thiếu của các máy móc kỹ thuật, thiết bị điện, các loại máy làm việc và hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Cấu tạo của cảm biến đo lực

Thông thường, một cảm biến đo lực sẽ bao gồm ba bộ phận chính như sau:

• Bộ phận nhạy cảm với lực: vật liệu phổ biến của bộ phận này được sử dụng là hợp kim thép, hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ. Thông thường sử dụng các vật liệu có tính đàn hồi tốt để có thể trở về vị trí ban đầu khi biến dạng nhẹ.
• Bộ phận chuyển đổi tín hiệu: được xem là bộ phận đóng vai trò quan trọng nhất của cảm biến đo lực. Loại thành phần chuyển đổi tín hiệu phổ biến nhất trong các dòng cảm biến là cảm biến lá điện trở đo biến dạng (hay còn gọi là Strain Gage) . Cảm biến điện trở này có tác dụng chuyển đổi tín hiệu lực tác động lên nó và gây ra biến dạng thành tín hiệu điện và truyền về bộ chuyển đổi
• Mạch chuyển đổi tín hiệu: mạch chuyển đổi và bộ khuếch đại là nơi thu nhận tín hiệu truyền về từ Strain Gage qua bộ xử lý và chuyển đổi thành tín hiệu số để hiển thị lên màn hình của máy đo lực

 Nguyên lý hoạt động cảm biến lực

Cảm biến lực là thiết bị dùng để đo lực tác động lên nó. Nguyên lý hoạt động của cảm biến lực phụ thuộc vào loại cảm biến, tuy nhiên, một số nguyên lý chung được sử dụng trong hầu hết các loại cảm biến lực.

Một trong những nguyên lý chung đó là nguyên lý đàn hồi. Khi một vật nào đó tác động lên cảm biến, cảm biến sẽ bị biến dạng. Thay đổi độ dài của cảm biến sẽ tạo ra một lực tương ứng, và cảm biến sẽ chuyển đổi lực này thành tín hiệu điện.

Các cảm biến lực khác cũng có thể sử dụng các nguyên lý khác như sử dụng đo biến dạng, hiệu ứng Hall, cảm biến áp suất, cảm biến trọng lượng, v.v.

Cảm biến lực được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, từ các ứng dụng trong ngành công nghiệp, y tế, đo lường khoa học, đo lường trong thể thao và vật lý học.

 Chọn cảm biến lực phù hợp?

Khi chọn mua bất cứ loại thiết bị nào, việc lựa chọn sao cho phù hợp nhất với ứng dụng cần đo luôn là tiêu chí đặt lên hàng đầu, một số bước cần thực hiện để chọn được loại cảm biến phù hợp như sau:

• Xác định loại lực cần đo: Để chọn được cảm biến lực phù hợp, trước tiên cần xác định loại lực cần đo. Ví dụ: lực nén, lực kéo, lực uốn, v.v.
• Xác định phạm vi đo: Phạm vi đo là khoảng giá trị lực mà cảm biến phải đo được. Phạm vi đo thường được xác định dựa trên giới hạn tối đa và tối thiểu của lực cần đo.
• Xác định độ chính xác cần thiết: Độ chính xác của cảm biến là mức độ sai số cho phép giữa giá trị đo được và giá trị thực tế. Độ chính xác cần thiết sẽ phụ thuộc vào yêu cầu đo lường của ứng dụng. Ví dụ: một ứng dụng y tế sẽ đòi hỏi độ chính xác cao hơn so với một ứng dụng công nghiệp.
• Xác định môi trường hoạt động: Môi trường hoạt động của cảm biến cũng rất quan trọng để chọn được loại cảm biến lực phù hợp. Ví dụ: môi trường có độ ẩm cao, nhiệt độ cao hoặc ảnh hưởng của từ trường có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến.
• Chọn loại cảm biến phù hợp: Dựa trên các thông số đã xác định, bạn có thể chọn loại cảm biến phù hợp nhất cho ứng dụng của mình. Nên tham khảo các tài liệu hướng dẫn của nhà sản xuất để lựa chọn được cảm biến lực phù hợp và chính xác nhất.

Cải thiện độ chính xác của cảm biến điện trở trên cảm biến lực

Tương tự như nhiều loại cảm biến khác, đối với cảm biến lực, nhiệt độ cũng chính là nguyên nhân hàng đầu ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến, nhiệt độ sẽ làm cho tín hiệu biến dạng (điện trở) của 4 Strain Gage thay đổi theo cùng một hướng và mức độ.  Bởi vì hai cực dương và hai cực âm được cân bằng, nhiệt độ sẽ không tạo ra tín hiệu đầu ra.

Các lỗi dư nhỏ còn lại có thể được sửa chữa bằng cách kết nối với kim loại niken đặc biệt trên cầu Wheatstone.

Ngoài ra, cũng có thể cải thiện độ chính xác của cảm biến lực bằng các loại cảm biến có khả năng bù nhiệt độ theo độ (TCS) để giảm sai số gây ra do nhiệt độ

Trong điều kiện tải, sai số tuyến tính cũng sẽ thay đổi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách tối ưu hóa vật liệu và cấu trúc đàn hồi và chọn các điểm đo chính xác. 

Hướng dẫn sử dụng cảm biến lực cơ bản

Cách thay thế cảm biến lực

Cảm biến lực là một thiết bị được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng khác nhau. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, cảm biến lực này cũng có thể gặp sự cố và bị hư hỏng. Thay thế cảm biến lực là một thủ tục khá đơn giản và có thể được thực hiện bởi người dùng với một số thao tác thực hiện khá đơn giản.

Trước khi thay thế cảm biến lực, người dùng cần phải đảm bảo rằng các thiết bị và dụng cụ cần thiết đã được chuẩn bị. Cần tắt hệ thống và ngắt kết nối nguồn điện trước khi tháo cảm biến cũ. Sau đó, hãy thực hiện các bước sau:

• Tìm vị trí cảm biến lực: Cảm biến lực có thể được đặt ở nhiều vị trí khác nhau. Cần xác định đúng vị trí của cảm biến để thay thế.
• Tháo bỏ cảm biến cũ: Dùng các dụng cụ phù hợp để tháo cảm biến cũ ra khỏi vị trí. Lưu ý không làm hỏng các đường dây điện và các bộ phận khác xung quanh.
• Lắp đặt cảm biến mới: Sử dụng dụng cụ để lắp đặt cảm biến mới vào vị trí thay thế. Đảm bảo rằng cảm biến được đặt đúng vị trí và không bị chênh lệch.
• Kết nối cảm biến mới: Sử dụng các dụng cụ để kết nối các dây điện với cảm biến mới. Đảm bảo rằng kết nối đúng và chặt chẽ.
• Kiểm tra lại: Sau khi thay thế cảm biến, hãy kiểm tra lại xem hệ thống có hoạt động đúng không.

Tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn cảm biến lực

Việc hiệu chuẩn cảm biến lực rất quan trọng trước khi mang đi sử dụng, thông thường các nhà cung cấp cảm biến lực uy tín trên thị trường đều có giấy chứng nhận hiệu chuẩn trước khi sản phẩm cảm biến này đến tay người tiêu dùng

Để hạn chế sai số của thiết bị, giúp kết quả đo chính xác nhất, việc hiệu chuẩn cần được thực hiện lại sau một thời gian sử dụng. Để làm được điều này người dùng thường sẽ phải dùng một thiết bị gọi là thiết bị hiệu chuẩn lực.

Một số các yếu tố có thể bị ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cảm biến lực Loadcell cần được theo dõi qua một thời gian làm việc có thể kể đến như:

Độ lệch (hoặc độ cân bằng của cảm biến lực): có nghĩa là đầu ra của cảm biến lực (khi không hoạt động) cao hơn hoặc thấp hơn so với đầu ra lý tưởng. Độ lệch càng lớn so với chuẩn sẽ càng khiến phép đo có sai số càng cao

Độ tuyến tính (hoặc phi tuyến tính): Rất ít cảm biến có đường đặc tính hoàn toàn tuyến tính, nghĩa là độ nhạy đầu ra (độ dốc) thay đổi với tốc độ khác nhau trong toàn bộ dải đo. Một số cảm biến đủ tuyến tính trên phạm vi mong muốn và không lệch khỏi đường thẳng (lý thuyết), nhưng một số cảm biến yêu cầu tính toán phức tạp hơn để tuyến tính hóa đầu ra. Do đó, cần giám sát thông số này để cảm biến đo lực có thể hoạt động chính xác

Độ trễ: độ trễ càng lớn sẽ gây ra sai số không mong muốn khi thực hiện phép đo

Độ lặp lại: là sự sai số giữa các lần đo khi thực hiện cùng một phép đo giống nhau, độ lặp càng tốt chứng tỏ cảm biến đang hoạt động ổn định. Nếu độ lặp không còn ổn định (sai số lớn) cũng là lúc bạn cần hiệu chuẩn loại thiết bị đo

Ứng dụng thực tế của cảm biến lực

• Trong ngành sản xuất: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và kiểm soát quá trình sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tăng năng suất.
• Trong ô tô: Cảm biến lực được sử dụng trong hệ thống treo và hệ thống phanh để giúp kiểm soát và điều chỉnh lực đối tượng lên hệ thống.
• Trong đóng tàu: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và đo lực hấp dẫn giữa hai tàu khi đóng tàu.
• Trong ngành y tế: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát tải trọng của các thiết bị y tế, giúp đảm bảo an toàn cho bệnh nhân.
• Trong ngành hàng không: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát lực tác động lên máy bay trong quá trình hạ cánh và cất cánh.
• Trong ngành năng lượng: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và kiểm soát các thiết bị sản xuất điện, đảm bảo hiệu suất và an toàn.
• Trong ngành đóng gói: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và đo lực để đảm bảo chất lượng đóng gói và an toàn.
• Trong ngành thủy sản: Cảm biến lực được sử dụng để đo lực kéo khi đánh bắt cá, giúp ngư dân dễ dàng kiểm soát và định vị tàu.
• Trong thí nghiệm: Cảm biến lực được sử dụng trong các thí nghiệm để đo lực và áp lực trong các thí nghiệm vật lý, hóa học và y học.
• Trong ngành nông nghiệp: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và điều khiển sức ép khi sử dụng máy móc trong nông nghiệp, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Ứng dụng của cảm biến lực đối với xe nâng

Cảm biến lực đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và an toàn cho xe nâng. Dưới đây là một số ứng dụng của cảm biến lực đối với xe nâng:

• Đo tải trọng: Cảm biến lực được sử dụng để đo tải trọng của xe nâng, giúp người vận hành kiểm soát lực nâng và đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa khi sử dụng xe nâng tay điện, xe nâng dầu, xe nâng người,…
• Giám sát tải trọng: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát tải trọng của xe nâng trong quá trình hoạt động, đảm bảo rằng xe nâng đang hoạt động trong giới hạn tải trọng an toàn.
• Đo lực xoắn: Cảm biến lực được sử dụng để đo lực xoắn trên bánh xe của xe nâng, giúp người vận hành kiểm soát và điều chỉnh tốc độ xe nâng.
• Giám sát áp lực dầu: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát áp lực dầu trong hệ thống nâng hạ của xe nâng, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động trong giới hạn áp lực an toàn.
• Đo lực kéo: Cảm biến lực được sử dụng để đo lực kéo của xe nâng trong quá trình di chuyển, giúp người vận hành kiểm soát và điều chỉnh tốc độ xe nâng.
• Điều chỉnh tốc độ: Cảm biến lực được sử dụng để giúp điều chỉnh tốc độ xe nâng dựa trên các tham số như tải trọng, lực xoắn, áp lực dầu và lực kéo.
• Giám sát và phân tích dữ liệu: Cảm biến lực được sử dụng để giám sát và phân tích dữ liệu từ các tham số trên, giúp người vận hành và nhà quản lý hiểu rõ hơn về hoạt động của xe nâng và cải thiện hiệu suất và an toàn.

Tóm lại, cảm biến lực đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và an toàn cho xe nâng và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trên xe nâng.