Loadcell strain gauge chuyển lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện rất nhỏ. Bên trong cảm biến thường có các điện trở strain gauge được bố trí thành cầu Wheatstone. Khi chịu tải, thân loadcell biến dạng rất nhỏ, làm điện trở thay đổi và tạo ra điện áp vi sai tỷ lệ với lực.
Loadcell 4 dây và 6 dây có cùng nguyên lý đo. Điểm khác biệt chính là loadcell 6 dây có thêm hai đường Sense để thiết bị đo giám sát điện áp nguồn kích thực tế tại cầu đo và bù ảnh hưởng sụt áp trên dây dẫn.
Theo tài liệu kỹ thuật của Rice Lake, cả hai loại đều có hai dây nguồn kích và hai dây tín hiệu; loại 6 dây bổ sung Sense dương và Sense âm. Nguyên lý đấu dây loadcell của Rice Lake.
Các nhóm dây trên loadcell
| Ký hiệu | Tên tiếng Anh | Chức năng |
|---|---|---|
| EX+ | Excitation Positive | Nguồn kích dương cho cầu đo |
| EX− | Excitation Negative | Nguồn kích âm |
| SIG+ | Signal Positive | Tín hiệu đo dương |
| SIG− | Signal Negative | Tín hiệu đo âm |
| SEN+ | Sense Positive | Đo điện áp kích thực tế phía dương |
| SEN− | Sense Negative | Đo điện áp kích thực tế phía âm |
| SHD | Shield | Lớp chống nhiễu của cáp |
Một số tài liệu sử dụng tên khác:
E+,E−thay cho EX+ và EX−.S+,S−có thể được dùng cho Signal.IN+,IN−có thể chỉ nguồn kích.OUT+,OUT−có thể chỉ tín hiệu đầu ra.Sense+,Sense−hoặcSen+,Sen−.
Do ký hiệu S+ đôi khi được dùng cho Signal, đôi khi bị hiểu nhầm là Sense, phải đọc sơ đồ đúng model.
Loadcell 4 dây
Loadcell 4 dây có:
- EX+.
- EX−.
- SIG+.
- SIG−.
- Có thể có thêm dây Shield nhưng Shield không được tính là dây đo.
Đầu cân cấp điện áp kích qua EX+ và EX−. Tín hiệu mV/V từ cầu đo quay về qua SIG+ và SIG−.
Ưu điểm
- Sơ đồ đấu nối đơn giản.
- Ít terminal hơn.
- Phù hợp cân nhỏ và đường cáp được thiết kế đúng.
- Dễ kết nối với nhiều đầu cân và bộ khuếch đại.
Hạn chế
Đầu cân không trực tiếp đo được điện áp nguồn kích tại vị trí cầu loadcell. Điện trở dây dẫn có thể làm điện áp thực tế tại cảm biến thấp hơn điện áp phát ra từ đầu cân.
Điều này không có nghĩa loadcell 4 dây chỉ được sử dụng cho cáp rất ngắn. Khả năng sử dụng còn phụ thuộc:
- Chiều dài và tiết diện cáp.
- Điện trở cầu loadcell.
- Số lượng loadcell.
- Khả năng cấp nguồn của đầu cân.
- Yêu cầu chính xác.
- Phương pháp hiệu chuẩn hoàn chỉnh tại hiện trường.
Loadcell 6 dây
Loadcell 6 dây có bốn dây cơ bản và thêm:
- SEN+.
- SEN−.
Hai dây Sense được nối đến điểm nguồn kích tại cầu đo. Đầu cân sử dụng chúng để biết điện áp thực tế đến loadcell.
Ưu điểm
- Hỗ trợ bù sụt áp trên đường dây.
- Thuận lợi với tuyến cáp dài.
- Giảm ảnh hưởng thay đổi điện trở dây do nhiệt độ.
- Phù hợp hệ cân yêu cầu độ ổn định và chính xác cao.
- Hữu ích khi đầu cân hỗ trợ nguồn kích có Remote Sense.
Điều kiện sử dụng
Đầu cân hoặc transmitter phải có terminal Sense và hỗ trợ đúng chức năng. Nếu thiết bị không hỗ trợ Sense, phải đấu theo tài liệu của thiết bị; không được để dây Sense chạm ngẫu nhiên vào Signal hoặc nguồn.
HBK cũng mô tả mạch 6 dây sử dụng hai dây bổ sung để kiểm soát điện áp nguồn kích tại cầu đo. Kết nối điện của cảm biến lực HBK.
Sense bù sụt áp như thế nào?
Giả sử đầu cân phát điện áp kích về loadcell. Do dây dẫn có điện trở, điện áp tại loadcell có thể thấp hơn một chút.
Sense không cấp dòng chính cho cầu đo. Hai dây này đưa thông tin điện áp thực tế trở lại mạch đo của đầu cân. Thiết bị có thể điều chỉnh nguồn kích hoặc thuật toán đo để bù ảnh hưởng của đường dây.
Để chức năng này hoạt động:
- Đầu cân phải hỗ trợ đấu 6 dây.
- SEN+ phải nối đúng Sense dương.
- SEN− phải nối đúng Sense âm.
- Không được đảo Sense với Signal.
- Cáp và terminal phải tiếp xúc tốt.
- Hệ thống phải được hiệu chuẩn sau khi hoàn thành đấu nối.
So sánh loadcell 4 dây và 6 dây
| Tiêu chí | Loadcell 4 dây | Loadcell 6 dây |
|---|---|---|
| Nguồn kích | EX+, EX− | EX+, EX− |
| Tín hiệu | SIG+, SIG− | SIG+, SIG− |
| Remote Sense | Không | SEN+, SEN− |
| Số terminal đo | Ít hơn | Nhiều hơn |
| Bù sụt áp đường dây | Không đo trực tiếp tại cầu | Có khi đầu cân hỗ trợ |
| Đấu nối | Đơn giản | Cần phân biệt Signal và Sense |
| Đường cáp dài | Cần tính toán và hiệu chuẩn cẩn thận | Thuận lợi hơn |
| Yêu cầu đầu cân | Đầu vào 4 dây phù hợp | Có terminal Sense hoặc cách đấu chuyển đổi được xác nhận |
| Ứng dụng | Cân bàn, cân nhỏ, hệ thống thông thường | Cân bồn, cân xe, tuyến cáp dài, cân chính xác |
Không nên lựa chọn chỉ dựa trên số dây. Tải trọng, cấp chính xác, độ nhạy, kích thước, kiểu lắp và điều kiện môi trường vẫn là những tiêu chí quan trọng hơn.
Màu dây có giống nhau giữa các hãng không?
Không. Không có một bảng màu duy nhất áp dụng cho mọi loadcell.
Cùng dây màu đỏ có thể là:
- EX+ ở một hãng.
- SIG+ ở hãng khác.
- Một chức năng khác ở model đặc biệt.
Rice Lake khuyến nghị sử dụng tài liệu của nhà sản xuất hoặc bảng hướng dẫn đúng model để xác định mã màu. Hướng dẫn mã dây loadcell.
Khi thay loadcell khác hãng, không nên đấu màu với màu rồi cấp nguồn ngay.
Cách kiểm tra khi không còn sơ đồ dây
Phương pháp an toàn nhất vẫn là tìm:
- Tem model.
- Datasheet.
- Phiếu hiệu chuẩn.
- Sơ đồ trên hộp nối.
- Hình ảnh đấu dây cũ.
Nếu không có tài liệu, có thể đo điện trở để hỗ trợ nhận diện, nhưng kết quả phải được kiểm chứng trước khi cấp điện.
Bước 1: Ngắt khỏi đầu cân
Tách toàn bộ dây loadcell khỏi thiết bị. Không đo điện trở khi mạch đang được cấp nguồn.
Bước 2: Kiểm tra cáp và Shield
Shield thường có điện trở gần như bằng 0 với lưới hoặc lá kim loại bảo vệ cáp, nhưng không nên mặc định Shield nối với thân loadcell.
Kiểm tra Shield có bị chạm sang dây đo hay không.
Bước 3: Đo các cặp dây
Dùng thang Ohm đo từng cặp và lập bảng. Các cặp thuộc cầu đo sẽ cho điện trở hữu hạn, trong khi dây Sense thường có quan hệ trực tiếp với đường Excitation theo thiết kế.
Không nên kết luận chỉ bằng một giá trị điện trở chung vì loadcell có nhiều loại trở kháng cầu khác nhau.
Bước 4: Xác nhận bằng tín hiệu mV
Sau khi đã xác định tương đối và sử dụng nguồn kích phù hợp, đo điện áp vi sai giữa cặp Signal khi tác động lực đúng chiều.
- Tín hiệu thay đổi theo tải: cặp Signal có khả năng đúng.
- Giá trị tăng theo chiều âm: có thể đảo SIG+ và SIG− hoặc cảm biến đang chịu lực ngược.
- Không thay đổi: cần kiểm tra lại nguồn kích, cặp dây và tình trạng loadcell.
Không cấp nguồn tùy ý nếu chưa biết điện áp kích cho phép.
Đấu loadcell 6 dây vào đầu cân 4 dây
Chỉ thực hiện khi tài liệu của đầu cân hoặc loadcell cho phép.
Một cấu hình thường gặp là:
- SEN+ nối chung với EX+ tại phía đầu cân.
- SEN− nối chung với EX− tại phía đầu cân.
- SIG+ và SIG− vào đầu vào tín hiệu.
Cách đấu này không tạo chức năng bù Remote Sense đầy đủ như đầu cân 6 dây. Tuy nhiên, nó có thể đáp ứng yêu cầu của một số thiết bị.
Không được tự nối SEN với SIG.
Đấu loadcell 4 dây vào đầu cân có 6 terminal
Một số đầu cân yêu cầu cầu nối:
- EX+ với SEN+.
- EX− với SEN−.
Nếu thiếu cầu nối, thiết bị có thể:
- Không cấp đúng nguồn kích.
- Báo lỗi.
- Hiển thị không ổn định.
- Không nhận tín hiệu.
Cách nối phụ thuộc thiết kế đầu cân. Phải kiểm tra đúng manual trước khi lắp jumper.
Đấu nhiều loadcell qua hộp nối
Hệ cân bồn, cân sàn hoặc cân ô tô thường sử dụng nhiều loadcell.
Hộp nối thực hiện:
- Gom các đường EX, SIG và Sense.
- Cân chỉnh tín hiệu giữa các góc.
- Đưa một tuyến cáp tổng về đầu cân.
- Bảo vệ đầu nối khỏi môi trường.
- Hỗ trợ kiểm tra từng loadcell.
Gia Hưng Tech có hộp nối loadcell 4, 6 và 8 kênh cho những hệ cân sử dụng nhiều cảm biến.
Khi kiểm tra sai lệch góc, nên đặt cùng một tải kiểm tra lần lượt tại từng vị trí và ghi kết quả trước khi chỉnh biến trở hộp nối.
Shield và chống nhiễu
Nguyên tắc thực tế:
- Dùng cáp xoắn đôi có Shield phù hợp.
- Tách cáp loadcell khỏi dây động cơ và biến tần.
- Không nối Shield tùy tiện vào Signal−.
- Nối đất Shield theo thiết kế của hệ thống.
- Hạn chế mối nối giữa tuyến.
- Dùng hộp nối kín trong môi trường ẩm.
- Không cuộn cáp dư cạnh biến tần hoặc contactor.
- Kiểm tra nguồn cấp đầu cân.
- Tách nguồn nhiễu nếu cần.
Nếu Shield được nối đất ở cả hai đầu trong hai hệ thống có chênh lệch điện thế, vòng lặp đất có thể phát sinh. Phương án nối đất phải dựa trên kiến trúc tủ và hướng dẫn thiết bị.
Lỗi thường gặp
| Hiện tượng | Nguyên nhân có thể |
|---|---|
| Giá trị luôn bằng 0 | Mất nguồn kích, sai cặp Signal hoặc đứt dây |
| Giá trị âm khi tăng tải | Đảo SIG+/SIG− hoặc lắp sai hướng |
| Giá trị trôi theo thời gian | Nhiệt, cơ khí, nguồn kích hoặc ẩm hộp nối |
| Cân đúng tải thấp, sai tải cao | Hiệu chuẩn sai, quá tải hoặc cơ khí không tuyến tính |
| Cáp dài làm kết quả thay đổi | Sụt áp, tiết diện cáp hoặc Sense chưa đúng |
| Đầu cân báo lỗi Sense | Thiếu jumper hoặc đảo SEN+/SEN− |
| Tín hiệu nhảy khi biến tần chạy | Đi dây, Shield hoặc tiếp địa chưa phù hợp |
| Các góc cân lệch nhau | Loadcell, cơ khí hoặc hộp nối chưa cân chỉnh |
| Đổi loadcell mới nhưng cân sai | Mã màu hoặc độ nhạy khác |
| Zero không ổn định | Phễu chạm khung, đường ống kéo hoặc rung máy |
Câu hỏi thường gặp
Shield có được tính là dây thứ năm hoặc thứ bảy không?
Không. Tên loadcell 4 dây hoặc 6 dây thường tính các dây điện của cầu đo và Sense, không tính Shield.
Loadcell 6 dây có chính xác hơn 4 dây không?
Không phải trong mọi trường hợp. Loại 6 dây hỗ trợ bù ảnh hưởng đường dây khi thiết bị tương thích; độ chính xác tổng còn phụ thuộc cảm biến, cơ khí, đầu cân và hiệu chuẩn.
Có thể cắt ngắn cáp loadcell không?
Không nên tự ý cắt trước khi kiểm tra tài liệu. Với một số loadcell, chiều dài cáp thuộc cấu hình hiệu chuẩn hoặc ảnh hưởng đặc tính nhiệt và điện trở.
Có thể nối dài dây loadcell không?
Có thể khi dùng cáp phù hợp, hộp nối kín và kỹ thuật nối đúng. Sau khi nối cần kiểm tra, hiệu chuẩn lại và đánh giá nhiễu.
Dùng đồng hồ đo điện trở có xác định chắc chắn toàn bộ dây không?
Không phải lúc nào cũng chắc chắn. Phương pháp này chỉ hỗ trợ nhận diện; tài liệu đúng model và phép thử tín hiệu vẫn cần được ưu tiên.
Tư vấn và yêu cầu báo giá
Khách hàng nên gửi model loadcell, ảnh tem, số dây, tải trọng, số lượng cảm biến, model đầu cân và chiều dài cáp.
- 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 SQB Keli
- Hộp nối tín hiệu loadcell
- Bộ khuếch đại tín hiệu loadcell
- Bộ truyền tín hiệu cân TDA‑09C
- Liên hệ Gia Hưng Tech
