Cách chọn loadcell cho cân bồn và cân phễu

Chọn loadcell cho cân bồn không thể chỉ lấy khối lượng nguyên liệu chia cho số chân bồn. Hệ thống còn phải chịu khối lượng bản thân, đường ống, motor khuấy, tải va đập, rung động và hiện tượng phân bố tải không đều.

Loadcell đủ tải nhưng lắp sai cơ khí vẫn có thể cho kết quả dao động, sai tuyến tính hoặc nhanh hư hỏng. Do đó, cần lựa chọn đồng thời cảm biến, bộ gá, hộp nối, đầu cân và kết cấu truyền lực.

Một hệ thống cân bồn gồm những gì?

Một hệ thống hoàn chỉnh thường có:

1. Ba hoặc bốn loadcell.
2. Bộ gá cơ khí cho từng loadcell.
3. Hộp nối tín hiệu.
4. Cáp tín hiệu có shield.
5. Đầu cân hoặc transmitter.
6. PLC, HMI hoặc hệ thống giám sát.
7. Cơ cấu chống lực ngang và chống nhấc.
8. Tải chuẩn hoặc phương án hiệu chuẩn.

Sơ đồ tín hiệu:

Hộp nối cộng tín hiệu các loadcell và có thể hỗ trợ cân chỉnh từng góc tùy cấu hình.

Xác định tổng tải làm việc

Tổng tải không chỉ là vật liệu lớn nhất trong bồn.

Cần cộng:

• Khối lượng bồn rỗng;
• Khối lượng nguyên liệu lớn nhất;
• Motor và hộp số;
• Cánh khuấy;
• Van xả;
• Phễu trung gian;
• Thiết bị gắn trực tiếp lên bồn;
• Phần đường ống hoặc kết cấu thực sự truyền lực xuống cân;
• Tải phát sinh khi nạp liệu;
• Vật liệu bám dính;
• Các tải phụ khác.

Có thể biểu diễn:

W=Wbo^ˋn​+Wvậtliệu​+Wthie^ˊtbị​+Wphụ​

Không nên sử dụng dung tích bồn làm khối lượng nếu chưa nhân với khối lượng riêng lớn nhất của vật liệu.

Công thức sơ bộ chọn tải mỗi loadcell

Công thức khái niệm:

C≥NW×K​

Trong đó:

• $C$: tải trọng danh định tối thiểu của mỗi loadcell;
• $W$: tổng tải làm việc lớn nhất;
• $K$: hệ số xét tải động, phân bố không đều và dự phòng;
• $N$: số loadcell.

Hệ số $K$ không nên chọn theo một con số cố định cho mọi bồn. Nó phụ thuộc:

• Cách nạp liệu;
• Bồn có motor khuấy hay không;
• Mức rung;
• Vị trí trọng tâm;
• Tải va đập;
• Lực gió;
• Đường ống;
• Kết cấu chống nhấc;
• Mức dự phòng mong muốn.

Với bồn có trọng tâm lệch, cần tính phản lực tại từng chân thay vì giả định tải chia đều.

Ví dụ minh họa

Một bồn có:

• Bồn và thiết bị: 800kg;
• Vật liệu tối đa: 2.000kg;
• Phụ kiện truyền tải xuống cân: 200kg.

Tổng tải làm việc là 3.000kg. Nếu dùng bốn loadcell, giá trị trung bình là 750kg mỗi cảm biến trước khi xét hệ số dự phòng và phân bố tải.

Không nên lập tức chọn loadcell 750kg. Kỹ sư phải đánh giá tải động, sai lệch trọng tâm và chọn cấp tải tiêu chuẩn phù hợp ở phía trên.

Chọn ba hay bốn loadcell?

Số lượng loadcell phải phù hợp với số điểm chịu lực thực tế. Không đặt bốn loadcell dưới một khung vẫn còn chân cơ khí thứ năm chạm nền.

Các loại loadcell dùng cho cân bồn

Loadcell shear beam

Phù hợp với:

• Cân phễu;
• Cân bồn tải vừa;
• Cân sàn;
• Cân định lượng;
• Máy đóng bao;
• Trạm trộn.

Loadcell shear beam cần bộ chân hoặc bộ gá để lực đi đúng hướng và hạn chế mô men không mong muốn.

Dòng SQB dạng shear beam được sử dụng trong cân sàn, cân bồn và hệ thống định lượng. Dải tải, tín hiệu mV/V và cấp bảo vệ khác nhau theo biến thể nên phải kiểm tra tem đầy đủ trước khi đặt hàng. Thông tin tham khảo về SQB‑A.

Loadcell compression

Thường phù hợp với:

• Silo tải lớn;
• Bồn chứa công nghiệp;
• Bồn đặt ngoài trời;
• Hệ thống có tải hàng chục hoặc hàng trăm tấn.

Module cân compression thường tích hợp:

• Cơ cấu tự lựa;
• Chặn ngang;
• Chống nhấc;
• Khả năng bù giãn nở nhiệt.

Flintec xác định các module cân bồn chuyên dụng có chặn ngang, chống nhấc và kết cấu cho phép xử lý chuyển vị do nhiệt. Ví dụ weigh module cho bồn và silo.

Loadcell chữ Z hoặc tension

Thường được dùng cho:

• Cân treo;
• Đo lực kéo;
• Bồn hoặc phễu treo;
• Cân đóng bao;
• Thử lực.

Không nên dùng loadcell chữ Z như một cảm biến nén đặt tự do nếu bộ gá không được thiết kế cho ứng dụng đó.

Vì sao phải dùng bộ gá loadcell?

Bộ gá không chỉ để bắt vít. Nó phải giúp:

• Dẫn lực thẳng qua trục đo;
• Cho phép chuyển vị nhiệt cần thiết;
• Hạn chế lực ngang;
• Chống lật hoặc chống nhấc;
• Hạn chế mô men xoắn;
• Bảo vệ loadcell khi lắp đặt;
• Cho phép thay cảm biến;
• Giữ bồn ổn định khi rung.

HBK lưu ý rằng giãn nở nhiệt và chuyển động ngang của bồn có thể tạo lực ngang đủ lớn để làm sai kết quả hoặc làm hỏng loadcell nếu lắp đặt quá cứng. Hướng dẫn truyền lực vào loadcell của HBK.

Không hàn trực tiếp trên kết cấu khi dòng hàn có thể đi qua loadcell. Nếu bắt buộc thi công hàn gần hệ cân, phải tháo hoặc bảo vệ cảm biến theo quy trình kỹ thuật.

Ảnh hưởng của đường ống

Đường ống cứng có thể đỡ một phần khối lượng bồn hoặc tạo lực kéo khi nhiệt độ thay đổi. Kết quả là cân:

• Không về Zero;
• Thay đổi khi bơm chạy;
• Sai khi bồn nóng lên;
• Đúng ở tải thấp nhưng sai ở tải cao;
• Không lặp lại sau mỗi lần nạp/xả.

Giải pháp có thể gồm:

• Khớp nối mềm;
• Ống mềm có chiều dài phù hợp;
• Bố trí đường ống đối xứng;
• Giảm lực đàn hồi của cáp và ống;
• Không để đường ống chống đỡ bồn;
• Kiểm tra lực tại mọi trạng thái vận hành.

Khớp mềm không có nghĩa hoàn toàn không tạo lực. Vị trí, hướng và độ cứng vẫn phải được đánh giá.

Rung động và tải động

Bồn có motor khuấy hoặc nạp vật liệu từ độ cao lớn tạo tải động cao hơn cân tĩnh.

Cần xem xét:

• Lực khởi động motor;
• Vật liệu va vào thành bồn;
• Dao động của cánh khuấy;
• Dòng vật liệu không đều;
• Lực từ van khí nén;
• Rung truyền từ khung máy;
• Thời gian ổn định trước khi chốt cân.

Tăng bộ lọc trên đầu cân chỉ làm giá trị hiển thị chậm hơn. Nó không khắc phục được kết cấu rung hoặc loadcell bị quá tải động.

Chọn vật liệu và cấp bảo vệ

Thép hợp kim

Ưu điểm:

• Phù hợp nhiều ứng dụng công nghiệp;
• Chi phí thường dễ tiếp cận hơn;
• Có nhiều dải tải.

Cần bảo vệ tốt trong môi trường ẩm, hóa chất hoặc vệ sinh thường xuyên.

Thép không gỉ

Nên xem xét khi:

• Môi trường ẩm;
• Thường xuyên rửa;
• Có hóa chất;
• Sản xuất thực phẩm;
• Lắp ngoài trời;
• Có nguy cơ ăn mòn.

Cấp IP cao không có nghĩa toàn bộ hệ cân có thể ngâm nước. Điểm nối cáp, hộp nối và đầu cân cũng phải đáp ứng môi trường.

Tín hiệu mV/V của loadcell

Loadcell strain gauge thường phát tín hiệu rất nhỏ theo đơn vị mV/V.

Ví dụ về nguyên lý:

• Loadcell có độ nhạy 2mV/V;
• Nguồn kích 10V;
• Ở tải định mức, tín hiệu lý tưởng khoảng 20mV.

Tín hiệu này không thể đưa trực tiếp vào ngõ vào 0–10V thông thường của PLC. Hệ thống cần:

• Đầu cân;
• Bộ khuếch đại loadcell;
• Transmitter 4–20mA;
• Transmitter RS485 Modbus;
• Module cân chuyên dụng.

Không nên chỉ dựa vào độ nhạy danh định. Đầu cân phải đáp ứng tổng trở tương đương và số lượng loadcell mắc song song.

Hộp nối tín hiệu có tác dụng gì?

Hộp nối thực hiện:

• Gom nhiều loadcell về một đầu ra;
• Cân chỉnh ảnh hưởng từng góc nếu có mạch trim;
• Bảo vệ điểm nối;
• Tạo vị trí kiểm tra tín hiệu;
• Hỗ trợ bảo trì và thay cảm biến.

Gia Hưng Tech có hộp nối loadcell cấu hình 4, 6 và 8 kênh.

Hộp nối phải được đặt ở vị trí:

• Tránh ngập nước;
• Dễ kiểm tra;
• Không chịu rung mạnh;
• Cáp được siết kín;
• Không gần nguồn nhiễu công suất.

Chọn đầu cân và phương thức đưa dữ liệu về PLC

Đầu cân Autoda TDA‑08B có thể được xem xét khi cần tín hiệu analog hoặc truyền thông phù hợp với PLC. Cấu hình thực tế phải được kiểm tra theo đúng biến thể. Thông tin TDA‑08B.

Quy trình lắp đặt cân bồn

1. Kiểm tra mặt bằng và độ cứng của khung.
2. Xác định tâm tải.
3. Bố trí các điểm đỡ đối xứng.
4. Lắp bộ gá đúng hướng.
5. Chưa siết hoặc hàn làm khóa chuyển vị ngoài thiết kế.
6. Kiểm tra chống nhấc và chặn ngang.
7. Đấu từng loadcell vào hộp nối.
8. Kiểm tra EX+, EX−, SIG+ và SIG−.
9. Đo điện trở và cách điện khi cần.
10. Cấp nguồn kích.
11. Kiểm tra tín hiệu từng loadcell khi bồn rỗng.
12. Cân chỉnh góc.
13. Thực hiện Zero.
14. Đặt tải chuẩn hoặc nạp lượng vật liệu đã xác định.
15. Hiệu chuẩn Span.
16. Kiểm tra tại nhiều điểm tải.
17. Chạy motor, bơm và van để đánh giá rung.
18. Kiểm tra khi bồn nóng và nguội nếu có thay đổi nhiệt.
19. Niêm phong tham số quan trọng.
20. Lập biên bản hiệu chuẩn.

Cân chỉnh góc

Khi đặt cùng một tải gần từng chân, giá trị tổng phải tương đương. Nếu chênh lệch lớn, cần kiểm tra:

• Độ phẳng khung;
• Bộ gá;
• Tải đang bị đường ống giữ;
• Chiều lắp loadcell;
• Cáp và hộp nối;
• Biến trở trim;
• Loadcell bị quá tải hoặc hư hỏng.

Không nên dùng trim để che một lỗi cơ khí lớn.

Lỗi thường gặp

Câu hỏi thường gặp

Bồn bốn chân có bắt buộc dùng bốn loadcell không?

Nếu cả bốn chân đều chịu lực thì thường cần bốn điểm đo hoặc phải cải tạo kết cấu để chỉ còn các điểm chịu tải được xác định rõ.

Có thể chọn loadcell đúng bằng tải trung bình mỗi chân không?

Không nên. Phải xét tải động, phân bố không đều, trọng tâm và hệ số dự phòng.

Cân bồn có cần hộp nối không?

Hệ nhiều loadcell thường cần hộp nối để gom tín hiệu và cân chỉnh các góc.

Có thể nối loadcell trực tiếp vào PLC S7‑1200 không?

Không thể nối vào ngõ vào analog thông thường nếu tín hiệu loadcell ở mức mV/V. Cần module cân, đầu cân hoặc bộ khuếch đại phù hợp.

Vì sao cân đúng khi bồn đứng yên nhưng sai khi bơm chạy?

Nguyên nhân có thể là rung, lực đường ống, nhiễu điện hoặc thay đổi áp lực cơ khí lên bồn.

Có thể hiệu chuẩn chỉ bằng một tải nhỏ không?

Tải quá nhỏ so với toàn dải có thể không phản ánh chính xác sai số ở vùng làm việc. Nên hiệu chuẩn và kiểm tra tại nhiều điểm đại diện.

Tư vấn và yêu cầu báo giá

Khách hàng nên gửi bản vẽ bồn, số chân, khối lượng bồn rỗng, lượng vật liệu tối đa, motor khuấy, đường ống, môi trường lắp đặt và yêu cầu kết nối PLC.

• Tư vấn bán hàng và yêu cầu báo giá: 0934.384.222
• Hỗ trợ kỹ thuật: 0912.888.729

Liên kết nội bộ đề xuất

• Loadcell cảm biến lực SQB Keli
• Loadcell PST Keli
• Hộp nối tín hiệu loadcell 4–6–8 kênh
• Đầu cân Autoda TDA‑08B
• Bộ truyền trọng lượng TDA‑09C
• Liên hệ Gia Hưng Tech