Cảm biến cân kiểu dầm công xôn CZL803

Cảm biến tải trọng kiểu dầm công xôn là một phần tử phát hiện nhạy cảm với lực dựa trên nguyên lý điện trở biến dạng, với cấu trúc lõi là thân đàn hồi hình dầm công xôn được cố định ở một đầu và treo lơ lửng ở đầu kia. Khi chịu lực, độ biến dạng uốn của dầm sẽ làm cho các điện trở đo biến dạng sản sinh sự thay đổi điện trở, sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện chuẩn hóa. Thiết bị kết hợp những ưu điểm như khả năng chịu tải trung bình, không gian lắp đặt linh hoạt và khả năng chống va đập mạnh, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng có lực tập trung ở mức tải trung bình và thấp, chẳng hạn như bồn chứa vật liệu công nghiệp, cân bàn và cân băng tải. Phần tiếp theo sẽ giải thích chi tiết từ các khía cạnh cốt lõi để đáp ứng nhu cầu sản phẩm lựa chọn, đánh giá kỹ thuật và soạn thảo giải pháp:

1. Đặc điểm sản phẩm và chức năng chính

Các đặc điểm chính

1) Thiết kế cấu trúc: Sử dụng cấu trúc dầm công xôn tích hợp (độ dày dầm 8 - 50mm, chiều dài 50 - 300mm), với nhiều bộ lỗ lắp đặt ở đầu cố định để tăng độ ổn định. Ứng suất tại đầu chịu tải tập trung ở phần giữa của dầm, hỗ trợ đo tải trọng tập trung hướng xuống theo phương thẳng đứng, có khả năng chống va đập nổi bật (chịu được lực va đập tức thời 200% - 300% tải định mức) và hiệu suất truyền ứng suất cao.

2) Hiệu suất chính xác: Cấp chính xác bao gồm từ C3 đến C6, các mẫu chủ lưu đạt mức C3. Sai số phi tuyến ≤ ±0,02%FS, sai số lặp lại ≤ ±0,01%FS, sai số trôi điểm không ≤ ±0,003%FS/℃, độ ổn định độ chính xác vượt trội hơn các cảm biến tương tự trong các tình huống tầm trung từ 50kg - 5 tấn.

3) Vật liệu và bảo vệ: Thân đàn hồi thường sử dụng thép hợp kim (Q235, 40CrNiMoA) hoặc thép không gỉ 304/316L, bề mặt được xử lý bằng cách phun bi và loại bỏ gỉ sét + mạ niken (đối với thép hợp kim) hoặc xử lý thụ động (đối với thép không gỉ); cấp bảo vệ thông thường là IP66/IP67, các mẫu công nghiệp chịu tải nặng có thể đạt đến IP68, phù hợp với các môi trường công nghiệp phức tạp như nhiều bụi và độ ẩm.

4) Khả năng tương thích lắp đặt: Đầu cố định hỗ trợ bắt bu-lông hoặc hàn, đầu chịu tải có thể kết nối thông qua ren, mặt bích hoặc đầu ép, phù hợp với việc lắp đặt ở nhiều vị trí như đáy, bên hông thiết bị, v.v. Có thể sử dụng một hoặc nhiều đơn vị song song, mang lại độ linh hoạt cao khi kết hợp.

Chức năng cốt lõi

1) Đo lực tầm trung: Tập trung vào cân tĩnh/bán động lực với tải trọng trung bình và thấp (thời gian phản hồi ≤ 7ms), dải đo từ 50kg - 20 tấn, ứng dụng điển hình tập trung trong khoảng 1 tấn - 10 tấn. Một số mẫu chịu tải nặng có thể mở rộng đến 50 tấn, đáp ứng nhu cầu của hầu hết các tình huống công nghiệp với tải trọng trung bình.

2) Đầu ra tín hiệu chuẩn hóa: Cung cấp tín hiệu analog (4 - 20mA, 0 - 5V, 0 - 10V) và tín hiệu số (RS485/Modbus RTU), một số mẫu thuộc cấp công nghiệp hỗ trợ giao thức HART, cho phép kết nối trực tiếp với PLC, DCS và các hệ thống quản lý cân mà không cần thêm module điều chế tín hiệu.

3) Chức năng bảo vệ an toàn: Tích hợp bù nhiệt độ dải rộng (-20℃ ~ 80℃), có bảo vệ quá tải (150% - 250% tải định mức, với các mẫu bằng thép hợp kim đạt đến 300%), các mẫu chống nổ được chứng nhận theo Ex d IIB T4/Ex ia IIC T6, và một số mẫu có kèm đầu nối chống tuột cáp.

4) Độ tin cậy dài hạn: Tuổi thọ mỏi ≥ 10⁶ chu kỳ tải, với độ trôi hàng năm ≤ ±0,015%FS dưới tải định mức, phù hợp cho các ứng dụng vận hành liên tục dài hạn như dây chuyền sản xuất công nghiệp và giám sát bồn vật liệu.

2. Các Vấn Đề Cốt Lõi Được Giải Quyết

1) Khó khăn trong việc lắp đặt thiết bị ở mép: Giải quyết hạn chế của cảm biến truyền thống khi yêu cầu lắp đặt đối xứng, cấu trúc 'một đầu cố định' của dầm công xôn có thể được lắp trực tiếp vào mép dưới của thiết bị hoặc bên hông giá đỡ, khắc phục vấn đề không đủ không gian lắp đặt tại tâm thiết bị như silo và bàn cân nền.
2) Đo tải trọng tập trung trong dải trung bình: Trong dải trung bình từ 1t - 10t, thông qua thiết kế tối ưu hóa ứng suất dầm, sai số đo tải trọng tập trung được kiểm soát trong phạm vi ±0,02%FS, đáp ứng yêu cầu độ chính xác trong các tình huống tải trung bình như cấp liệu công nghiệp và cân thành phẩm.

3) Hư hại do tải va đập động: Đặc tính biến dạng đệm của đàn hồi dầm công xôn có thể hiệu quả hấp thụ tác động tức thời do vật liệu rơi và rung động thiết bị, giải quyết các vấn đề hư hỏng dễ dàng và sai lệch độ chính xác của cảm biến truyền thống trong các tình huống động.

4) Cân kết hợp đa cảm biến: Các cảm biến có độ đồng nhất tốt (sai số ≤ ±0,01%FS cho cùng lô), hỗ trợ kết hợp cân từ 2 - 4 cái song song, giải quyết các vấn đề về chồng trọng lượng và độ đồng đều về độ chính xác trong các tình huống lực phân bố như bàn cân lớn và silo.

5) Phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt: Thông qua việc gia cố vật liệu thép hợp kim và thiết kế cấp bảo vệ IP67 trở lên, các vấn đề ăn mòn cảm biến và bất thường tín hiệu trong môi trường bụi (như mỏ), ẩm ướt (như hóa chất) và ăn mòn nhẹ (như mạ điện) đã được giải quyết.

3. Trải nghiệm người dùng

1) Linh hoạt cao trong lắp đặt: Các lỗ bắt vít tiêu chuẩn ở đầu cố định tương thích với nhiều cấu trúc thiết bị khác nhau, loại bỏ nhu cầu sử dụng các công cụ định vị chuyên dụng. Việc lắp đặt và hiệu chuẩn có thể được thực hiện bằng máy cân mực, một người duy nhất có thể hoàn thành việc cố định và đi dây cho một cảm biến trong vòng 20 phút.

2) Thao tác và hiệu chuẩn dễ dàng: Hỗ trợ chức năng về không một nút trên thiết bị cân, quy trình hiệu chuẩn ba điểm (25%, 50%, 100% tải định mức) phù hợp với các tình huống tầm trung, và mô hình kỹ thuật số có thể hoàn thành cấu hình thông số và hiệu chuẩn từ xa thông qua phần mềm máy chủ.

3) Chi phí bảo trì kiểm soát tốt: Cấu trúc kín hoàn toàn giảm thiểu sự xâm nhập bụi, với tỷ lệ hỏng hóc trung bình hàng năm ≤ 0,5%; các thành phần lõi ( cảm biến lực , các đầu nối được đóng gói riêng biệt, và các lỗi cục bộ có thể được sửa chữa riêng lẻ mà không cần thay thế toàn bộ.

4) Phản hồi dữ liệu ổn định: Dao động dữ liệu đo tĩnh ≤ ±0,005%FS, phản ứng nhanh chóng không bị trễ trong các tình huống gần như động (ví dụ như băng tải); mô hình số được tích hợp chức năng chẩn đoán lỗi, cung cấp cảnh báo thời gian thực đối với các bất thường như quá tải và thiếu điện áp.

5) Khả năng thích nghi kết hợp mạnh mẽ: Khi kết nối nhiều cảm biến song song, hệ thống hỗ trợ phân phối tải tự động, loại bỏ nhu cầu sử dụng bộ cân bằng thêm, phù hợp với yêu cầu thiết kế của các cân nền và silo có kích cỡ khác nhau, giảm độ khó trong tích hợp hệ thống.

4. Các tình huống ứng dụng điển hình

1) Cân các Silo/Các phễu công nghiệp
• Các bồn nguyên liệu hóa chất: Cân các bồn chứa nguyên liệu hóa chất từ 1 - 10 tấn, lắp đặt đối xứng 2 - 4 cảm biến kiểu dầm côngxôn trên giá đỡ đáy bồn, vật liệu thép hợp kim chống ăn mòn, bảo vệ IP67 phù hợp với môi trường ẩm ướt trong xưởng, độ chính xác ±0,02%FS đảm bảo đo lường tồn kho chính xác.
• Bồn cấp liệu/bồn chứa bột: Cân các bồn cấp liệu trong ngành chế biến ngũ cốc, cảm biến được lắp trên các chân đỡ ở đáy bồn, thiết kế chống va đập xử lý lực tác động khi vật liệu rơi xuống, phối hợp với hệ thống điều khiển để đạt được việc cấp liệu chính xác.

2) Cân băng tải/băng chuyền
• Cân đai công nghiệp: Đo trọng lượng băng tải vật liệu rời trong các mỏ và nhà máy điện, cảm biến được lắp trên giá con lăn, chịu tải trọng kết hợp của băng và vật liệu, với thời gian phản hồi ≤ 7ms phù hợp cho các tình huống vận chuyển liên tục, và độ chính xác đo lường ±0.1%.

• Băng chuyền: Được dùng để cân định tuyến và phân loại trong ngành điện tử và thực phẩm. Cảm biến được tích hợp ở đáy băng chuyền để phát hiện trọng lượng sản phẩm theo thời gian thực và tương tác với cơ chế phân loại. Độ chính xác trung bình đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt.

3) Cân xe tải cỡ nhỏ và trung bình/cân bàn

• Cân nền xưởng: Cân nền xưởng có tải trọng từ 1-5 tấn. Bốn cảm biến dầm cắt được lắp đặt ở bốn góc của thân cân. Đầu cố định được bắt chặt xuống nền, đầu chịu lực chịu tải trọng của thân cân. Khả năng chống lệch tâm đảm bảo độ chính xác cân ổn định tại các vị trí khác nhau.

• Cân xe nâng: Thiết bị cân xe nâng di động. Cảm biến được lắp trên càng xe nâng để chịu tải trọng thẳng đứng của hàng hóa. Vật liệu thép hợp kim chịu va đập, phù hợp với yêu cầu cân động trong quá trình vận hành xe nâng.

4) Điều khiển lực cho thiết bị tự động hóa

• Giám sát áp lực thiết bị dập: Điều khiển áp lực cho máy dập nhỏ. Cảm biến được lắp giữa đầu dập và thân máy để cung cấp phản hồi thời gian thực về giá trị lực dập, ngăn ngừa hư hỏng khuôn do quá tải. Độ chính xác ±0,01%FS đảm bảo chất lượng quá trình dập.

• Điều khiển Lực của Robot Lắp ráp: Giám sát áp suất trong quá trình lắp ráp robot công nghiệp. Cảm biến dầm cắt được tích hợp ở cuối cánh tay robot để phát hiện áp lực lắp ráp và điều chỉnh lực tác động, phù hợp cho việc lắp ráp các bộ phận ô tô và linh kiện điện tử.

5) Ứng dụng cho ngành đặc biệt

• Các Tình huống Chống Nổ: Thiết bị cân chống nổ dành cho ngành khai thác than và dầu khí. Cảm biến dầm cắt chống nổ Ex d IIB T4 được sử dụng và lắp đặt trong hộp cân chống nổ để đáp ứng các yêu cầu an toàn trong môi trường dễ nổ.

• Môi trường Ăn mòn: Thiết bị cân cho ngành mạ điện và hóa chất. Cảm biến làm bằng thép không gỉ 316L với xử lý thụ động bề mặt có khả năng chống ăn mòn axit và kiềm, phù hợp cho các tình huống như phát hiện nồng độ dung dịch mạ điện và cân thuốc thử hóa học.

5. Hướng dẫn sử dụng (Hướng dẫn thực tế)

1) Quá trình lắp đặt

• Chuẩn bị: Làm sạch bề mặt lắp đặt (đảm bảo bề mặt phẳng, không có dầu và sai lệch độ phẳng ≤0,1mm/m), kiểm tra ngoại quan cảm biến (không biến dạng thân dầm và dây cáp không bị hư hại), chọn bu-lông lắp đặt loại M12-M24 tùy theo dải đo.

• Định vị và Cố định: Siết chặt đầu cố định của cảm biến vào giá đỡ thiết bị bằng bu-lông để đảm bảo được cố định chắc chắn, không bị lỏng; đầu chịu lực cần tiếp xúc khít với cấu trúc chịu lực để đảm bảo tải trọng tác động vuông góc lên thân dầm, tránh lực ngang và lực xoắn.

• Quy cách đi dây: Với tín hiệu analog, tuân theo nguyên tắc nối dây "đỏ - nguồn +, đen - nguồn -, xanh lá - tín hiệu +, trắng - tín hiệu -"; với tín hiệu số, nối theo các chân tương ứng của giao thức Modbus; đường đi dây cần tránh xa các nguồn nhiễu mạnh như bộ biến tần, khoảng cách ≥15cm.

• Xử lý bảo vệ: Đối với lắp đặt ngoài trời, cần thêm mái che mưa; trong môi trường ẩm ướt, các đầu nối cáp nên được bịt kín bằng hộp nối chống nước; trong môi trường ăn mòn, cần phủ lớp phủ chống ăn mòn đặc biệt lên bề mặt không chịu lực của cảm biến.

2) Hiệu chuẩn và Điều chỉnh

• Hiệu chuẩn điểm không: Bật nguồn và làm nóng trước 30 phút, sau đó thực hiện lệnh "hiệu chuẩn điểm không" để đảm bảo đầu ra điểm không nằm trong phạm vi ±0,002%FS. Nếu độ lệch quá lớn, hãy kiểm tra xem thiết bị đã được lắp đặt chắc chắn chưa và có lực ngang tác động hay không.

• Hiệu chuẩn tải trọng: Lần lượt đặt các quả cân chuẩn tương ứng 25%, 50% và 100% tải định mức, ghi lại các giá trị tín hiệu đầu ra tại mỗi điểm, hiệu chỉnh sai số tuyến tính thông qua phần mềm hiệu chuẩn, và đảm bảo sai số tại mỗi điểm tải ≤ giá trị cho phép của cấp C3 (±0,02%FS).

• Kiểm tra tuyến tính: Chọn đều 5 điểm kiểm tra trong phạm vi đo để xác minh độ tuyến tính của tín hiệu đầu ra. Sai số tuyến tính phải ≤ ±0,015%FS để đảm bảo độ ổn định của độ chính xác toàn thang đo ở dải trung bình.

3) Bảo trì thường xuyên

• Kiểm tra định kỳ: Hàng tháng làm sạch bụi và dầu trên bề mặt cảm biến, kiểm tra độ siết chặt của các bulông cố định; hiệu chuẩn điểm zero mỗi quý một lần, và hoàn thành hiệu chuẩn toàn thang đo cùng kiểm tra hiệu suất hàng năm.

• Xử lý sự cố: Khi dữ liệu bị lệch, trước tiên cần kiểm tra điện áp nguồn (ổn định ở mức 12-24V DC); khi chỉ số hiển thị bất thường, cần kiểm tra tình trạng quá tải (vượt quá 300% tải định mức có thể gây hư hại) hoặc biến dạng thanh chịu lực, và thay thế cảm biến nếu cần thiết.

6. Phương pháp lựa chọn (Phù hợp chính xác yêu cầu)

1) Xác định các thông số cốt lõi

• Lựa chọn dải đo: Chọn model có dải đo bằng 1,3-1,6 lần tải trọng tối đa thực tế (ví dụ: với tải trọng tối đa 5 tấn, có thể chọn cảm biến 6,5-8 tấn) để dự trữ cho tải trọng va đập và biên an toàn.

• Cấp độ chính xác: Chọn cấp C3 (sai số ≤ ±0,02%FS) cho đo lường công nghiệp, cấp C6 (sai số ≤ ±0,03%FS) cho giám sát thông thường, và mẫu cấp C3 có thời gian phản hồi ≤ 7ms cho cân động.

• Loại tín hiệu: Chọn tín hiệu analog (4-20mA) cho các hệ thống điều khiển truyền thống, tín hiệu kỹ thuật số (RS485) cho các hệ thống thông minh, và các mẫu có mô-đun truyền không dây cho các tình huống IoT công nghiệp.

2) Lựa chọn theo khả năng thích nghi với môi trường

• Nhiệt độ: Chọn mẫu thông thường cho các tình huống bình thường (-20°C~60°C), mẫu bù nhiệt độ cao cho môi trường nhiệt độ cao (60°C~120°C), và mẫu chịu lạnh cho môi trường nhiệt độ thấp (-40°C~-20°C).

• Môi trường: Chọn thép hợp kim (mạ niken) cho môi trường khô, thép không gỉ 304 cho môi trường ẩm/nhẹ ăn mòn, và thép không gỉ 316L cho môi trường ăn mòn mạnh (dung dịch axit-bazơ).

• Cấp bảo vệ: ≥IP66 cho môi trường khô trong nhà, ≥IP67 cho môi trường ngoài trời/ẩm ướt, và ≥IP68 cho môi trường dưới nước hoặc nhiều bụi.

3) Lắp Đặt và Tính Tương Thích Hệ Thống

• Phương pháp lắp đặt: Chọn cố định bằng bu-lông cho lắp đặt đáy thiết bị, kết nối mặt bích cho lắp đặt bên hông; khi sử dụng nhiều cảm biến trong hệ thống cân, hãy chọn các mẫu kỹ thuật số hỗ trợ mã hóa địa chỉ để tránh xung đột tín hiệu.

• Tính tương thích: Xác nhận rằng tín hiệu cảm biến phù hợp với giao thức truyền thông của đồng hồ/PLC hiện có. Ví dụ, với PLC Siemens, ưu tiên chọn các mẫu hỗ trợ giao thức Profibus để giảm độ khó tích hợp.

4) Xác nhận các yêu cầu bổ sung

• Yêu cầu chứng nhận: Các tình huống chống nổ yêu cầu chứng nhận cấp độ chống nổ tương ứng (Ex d I cho mỏ than, Ex ia IIC T6 cho ngành hóa chất), các tình huống đo lường yêu cầu chứng nhận CMC, và sản phẩm xuất khẩu yêu cầu chứng nhận OIML.

• Tính năng đặc biệt: Đối với cân động, nên chọn loại tăng cường chịu va đập (tải va đập ≥300%FS); đối với giám sát từ xa, nên chọn mẫu có mô-đun NB-IoT/LoRa; đối với các tình huống nhiệt độ cao, nên chọn mẫu chuyên dụng có chip bù nhiệt.

TỔNG QUAN

Cảm biến tải trọng dạng dầm công xôn có những ưu điểm cốt lõi là "độ chính xác ở mức trung bình, lắp đặt linh hoạt và khả năng chịu va đập mạnh", chủ yếu giải quyết các vấn đề như lắp đặt ở mép thiết bị, đo tải trọng tập trung và bảo vệ khỏi tác động động trong các tình huống công nghiệp có tải trọng trung bình. Trải nghiệm người dùng tập trung vào việc lắp đặt thuận tiện, bảo trì không cần lo lắng và khả năng tương thích hệ thống tốt. Khi lựa chọn model, cần làm rõ trước bốn yêu cầu cốt lõi về dải đo, độ chính xác, vị trí lắp đặt và môi trường, sau đó mới đưa ra quyết định dựa trên khả năng tương thích hệ thống và các chức năng bổ sung; trong quá trình sử dụng, cần tránh lực tác động ngang và quá tải, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các quy định hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài. Sản phẩm phù hợp với các bồn chứa công nghiệp, cân băng tải, các thiết bị cân nhỏ và trung bình, cũng như các lĩnh vực khác, và là giải pháp cảm biến phổ biến cho các tình huống cân công nghiệp có tải trọng thấp đến trung bình.