Cơ chế cảm biến điện trở biến dạng PT306

Giới thiệu sản phẩm

Lõi cảm biến đo biến dạng là thành phần chức năng thiết yếu của các cảm biến đo biến dạng. Nguyên lý cơ bản của nó sử dụng "hiệu ứng biến dạng" của các vật liệu kim loại hoặc bán dẫn—khi giá trị điện trở thay đổi một cách hệ thống khi vật liệu bị biến dạng dưới tác động của lực. Bằng cách chuyển đổi sự thay đổi điện trở này thành các tín hiệu điện có thể đo được, nó cho phép phát hiện chính xác các đại lượng cơ học như lực, áp suất, trọng lượng và mô-men xoắn. Là "trái tim" của cảm biến, lõi này trực tiếp quyết định hiệu suất đo lường và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đo lường và điều khiển công nghiệp, hệ thống cân, logistics vận tải, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác.

1. Các tính năng và chức năng chính

1) Ưu điểm về hiệu suất lõi

• Độ Chính Xác & Nhạy Cao: Sử dụng kim loại chính xác cảm biến lực (ví dụ: Kevlar, hợp kim Kama) hoặc cảm biến biến dạng bán dẫn, các thành phần này có hệ số biến dạng ổn định với độ chính xác đo lường từ ±0,01%FS đến ±0,1%FS. Chúng có thể phát hiện chính xác các biến dạng cơ học nhỏ (phát hiện ở mức vi biến dạng) và lý tưởng cho các ứng dụng đo lường chính xác.

• Khả năng thích ứng phạm vi rộng: Bằng cách tối ưu hóa kỹ thuật dán cảm biến biến dạng và lựa chọn các phần tử cảm biến đàn hồi khác nhau (ví dụ: kiểu dầm, cột hoặc vòng), hệ thống đạt được dải đo từ vài gram đến hàng trăm tấn. Khả năng này đáp ứng cả nhu cầu quy mô nhỏ cho cân điện tử lẫn nhu cầu giám sát quy mô lớn trong các máy ép công nghiệp.

• Độ ổn định và độ lặp lại tốt: Phần tử nhạy cảm đàn hồi được xử lý bằng phương pháp lão hóa để giảm độ trôi gây ra bởi sự thư giãn ứng suất; cảm biến biến dạng được sử dụng theo quy trình lão hóa ở nhiệt độ cao và bảo vệ kín để đảm bảo giá trị điện trở ổn định trong thời gian sử dụng dài hạn, sai số lặp lại nhỏ hơn ±0,05%FS và đảm bảo tính nhất quán dữ liệu.

2) Hiệu suất chức năng cốt lõi

• Chuyển đổi tín hiệu cơ - điện: Quy trình này biến đổi các đại lượng vật lý như lực bên ngoài và áp suất thành các tín hiệu điện trở chính xác với độ tuyến tính tuyệt vời. Khi kết hợp với các mạch điều chế phía sau, nó tạo ra các đầu ra công nghiệp tiêu chuẩn như 4-20mA và 0-10V, cho phép tích hợp trực tiếp với các hệ thống đo lường và điều khiển để giám sát kỹ thuật số các thông số cơ khí.

• Tính năng bù nhiệt độ: Hệ thống tích hợp các cảm biến biến dạng có bù nhiệt độ hoặc sử dụng mạch bù riêng biệt để khắc phục sự dao động nhiệt độ môi trường (-20℃ đến 80℃, dải hoạt động tiêu chuẩn). Cơ chế này ngăn ngừa sai số đo lường do trôi nhiệt độ, đảm bảo hiệu suất ổn định trong toàn bộ dải nhiệt độ.

• Khả năng chống nhiễu và bảo vệ: Cảm biến biến dạng được cách điện và bao bọc kín, bề mặt vật thể đàn hồi được xử lý bằng các phương pháp chống ăn mòn (ví dụ: mạ kẽm hoặc sơn tĩnh điện) để chống lại độ ẩm và bụi trong các môi trường công nghiệp thông thường. Một số mẫu cao cấp được trang bị lớp chắn điện từ tích hợp để giảm thiểu nhiễu từ lưới điện và các thiết bị điện từ.

3) Các đặc điểm về cấu trúc và tích hợp

• Thiết kế nhỏ gọn và nhẹ: Yếu tố đàn hồi nhạy cảm có cấu trúc nhỏ gọn, toàn bộ cơ chế chỉ chiếm vài centimet khối thể tích và nhẹ. Điều này làm cho nó lý tưởng để tích hợp vào nhiều sản phẩm cảm biến quy mô nhỏ, chẳng hạn như thiết bị đeo thông minh và cảm biến nhỏ cảm biến áp suất .

• Thiết kế mô-đun: Một số thành phần có giao diện tiêu chuẩn (ví dụ: cố định ren và kết nối chốt), cho phép lắp ráp nhanh chóng với các vỏ bọc và mạch điều kiện khác nhau, từ đó giảm chi phí nghiên cứu phát triển và lắp ráp cho các nhà sản xuất cảm biến.

• Thiết kế bảo vệ quá tải: Yếu tố nhạy cảm đàn hồi được làm bằng vật liệu chống mỏi, có khả năng chịu quá tải từ 120% đến 200%FS. Nó chống lại biến dạng vĩnh viễn dưới lực tác động tức thời, do đó kéo dài tuổi thọ hoạt động.

2. Các điểm đau cốt lõi trong ngành cần được giải quyết

Trong các tình huống đo lường cơ khí, các cơ chế cảm biến truyền thống thường gặp phải những thách thức như độ không chính xác khi đo, khả năng thích ứng kém, tuổi thọ ngắn và khó tích hợp. Cơ chế cảm biến dùng strain gauge được thiết kế đặc biệt để giải quyết những điểm yếu cốt lõi này:

• Giải pháp đo lường chính xác: Để khắc phục độ chính xác thấp và sai số đọc cao của các thành phần cảm biến cơ khí truyền thống (ví dụ: dựa trên lò xo hoặc đòn bẩy), công nghệ này đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác dữ liệu trong các ứng dụng công nghiệp như phối trộn vật liệu và kiểm định đo lường, đảm bảo kết quả đo đáng tin cậy.

• Hạn chế về khả năng thích ứng dải đo: Giải pháp này khắc phục vấn đề mà một cơ chế đơn lẻ không thể đáp ứng các yêu cầu dải đo đa dạng. Thông qua các thiết kế cấu trúc khác nhau của các vật liệu đàn hồi, nó cho phép thích ứng việc đo lường từ lực nhỏ nhất (ví dụ: áp suất truyền dịch y tế) đến lực cực lớn (ví dụ: cân cầu đường) trong cùng một khuôn khổ kỹ thuật, từ đó giảm chi phí chuyển đổi giữa các tình huống sử dụng.

• Vấn đề nhiễu môi trường: Hệ thống khắc phục hiện tượng trôi đo lường do nhiệt độ, độ ẩm và rung động bằng cách sử dụng các công nghệ bù nhiệt và làm kín, đảm bảo hoạt động ổn định trong các môi trường khắc nghiệt như xưởng sản xuất nhiệt độ cao/thấp, kho ẩm và máy móc có rung động (ví dụ: máy công cụ).

• Thách thức về hiệu quả nghiên cứu và phát triển đối với các nhà sản xuất cảm biến: Để giải quyết vấn đề chu kỳ phát triển kéo dài và chi phí cao của các thành phần cốt lõi, các cơ chế theo mô-đun cho phép tích hợp trực tiếp, giảm thiểu chi phí lựa chọn vật liệu và thi công cảm biến biến dạng, đồng thời đẩy nhanh quá trình sản phẩm thương mại hóa.

• Độ ổn định lâu dài: Giải quyết tuổi thọ ngắn của các bộ phận truyền thống do mỏi và lão hóa. Vật liệu đàn hồi chống mỏi và quy trình sản xuất chính xác đảm bảo thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) ≥50.000 giờ, giảm chi phí bảo trì liên quan đến việc thay thế cảm biến thường xuyên.

3. Điểm nổi bật về trải nghiệm người dùng

• Tích hợp dễ dàng: Với thiết kế cấu trúc và giao diện tiêu chuẩn hóa, sản phẩm có thể lắp ráp với các vỏ cảm biến và mô-đun mạch mà không cần sửa đổi phức tạp, tương thích với các dây chuyền sản xuất tự động. Thời gian lắp ráp được rút ngắn dưới 10 phút, nâng cao đáng kể hiệu suất sản xuất.

• Thân thiện với việc gỡ lỗi: Đầu ra điện trở có độ tuyến tính tuyệt vời, loại bỏ nhu cầu điều chỉnh thuật toán phức tạp trong quá trình gỡ lỗi. Chỉ cần hiệu chuẩn điểm zero và dải đo đơn giản là đã đáp ứng được yêu cầu vận hành, giảm đáng kể độ phức tạp thao tác cho nhân viên kỹ thuật.

• Độ bền: Trong quá trình sử dụng dài hạn, độ trôi dữ liệu vẫn giữ ở mức ≤±0,1%FS/năm, loại bỏ nhu cầu hiệu chuẩn thường xuyên và giảm khối lượng bảo trì. Điều này khiến sản phẩm rất phù hợp cho các tình huống giám sát từ xa không cần người theo dõi, chẳng hạn như giám sát áp suất đường ống.

• Kiểm soát chi phí: Các vật liệu cốt lõi (cảm biến biến dạng, chất đàn hồi) đã trưởng thành và sẵn có rộng rãi, với các quy trình sản xuất tiêu chuẩn hóa. So với các cơ chế áp điện hoặc điện dung, điều này giúp giảm chi phí từ 30% đến 50%, trong khi tuổi thọ kéo dài hơn nữa làm giảm chi phí vòng đời.
• Khả năng tương thích theo kịch bản: Tín hiệu đầu ra có thể được chuyển đổi sang các định dạng tiêu chuẩn công nghiệp như 4-20mA hoặc RS485 thông qua một mạch điều kiện đơn giản, cho phép tích hợp liền mạch với các hệ thống PLC và DCS phổ biến mà không cần bộ chuyển đổi tín hiệu bổ sung.

4. Các Trường Hợp Sử Dụng Điển Hình

1) Cân và đo lường công nghiệp

• Thiết bị cân điện tử: Với vai trò là thành phần cốt lõi của các loại cân bàn điện tử, cân sàn và cân treo, thiết bị này cung cấp phép đo trọng lượng chính xác cho hàng hóa. Được sử dụng rộng rãi trong các kho hàng, khu logistics và cảng biển, độ chính xác của nó đáp ứng các tiêu chuẩn thanh toán thương mại.

• Hệ thống định lượng giám sát trọng lượng của thùng vật liệu hoặc lượng vật liệu đầu vào trong thiết bị định lượng tự động của ngành công nghiệp hóa chất và chế biến thực phẩm, đồng thời phối hợp với hệ thống điều khiển để đạt được việc trộn nguyên liệu chính xác, tránh lãng phí nguyên liệu thô hoặc sai lệch về tỷ lệ.

2) Lĩnh vực giám sát và điều khiển đại lượng cơ khí

• Giám sát ứng suất kết cấu: Công nghệ này được áp dụng cho các kết cấu quy mô lớn bao gồm cầu, tòa nhà và cánh tuabin gió. Nó thu thập các tín hiệu cơ khí theo thời gian thực từ biến dạng kết cấu, cung cấp dữ liệu quan trọng cho đánh giá an toàn kết cấu.

• Giám sát tải trọng: Được lắp đặt trên trục chính máy công cụ, khớp robot, móc cẩu, v.v., để theo dõi sự biến đổi tải trọng trong quá trình vận hành và ngăn ngừa hư hỏng thiết bị do quá tải.

3) Cảm biến áp lực và lực

• Cảm biến áp suất công nghiệp: Là các thành phần cốt lõi trong các hệ thống thủy lực và khí nén, chúng giám sát áp suất đường ống và xi-lanh để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống, ví dụ như trong các hệ thống thủy lực của máy ép phun.

• Thiết bị cảm biến lực y tế: Các hệ thống này giám sát lực phẫu thuật và phục hồi chức năng trong các quy trình hỗ trợ robot nhằm đảm bảo độ chính xác và an toàn, ví dụ như điều khiển phản hồi lực trong các ca phẫu thuật chỉnh hình.

4) Ngành vận tải và logistics

• Cân phương tiện: Được sử dụng trong các hệ thống cân động (ví dụ: trạm kiểm soát quá tải trên đường cao tốc) và cân xe tải để giám sát tổng trọng lượng xe và tải trọng trục, ngăn ngừa hư hại đường do chở quá tải.

• Thiết bị phân loại chuyển phát nhanh: Trong các dây chuyền phân loại tự động, thiết bị phân loại bưu phẩm theo trọng lượng thông qua giám sát thời gian thực, nâng cao hiệu quả phân loại.

5) Thiết bị điện tử tiêu dùng và thiết bị thông minh

• Thiết bị đeo thông minh: Các thiết bị này, chẳng hạn như máy theo dõi thể dục và cân sức khỏe, giám sát trọng lượng cơ thể và lực vận động để hỗ trợ phân tích dữ liệu sức khỏe.

• Thiết bị nhà thông minh: Ví dụ, cảm biến lực kẹp trong khóa cửa thông minh và phát hiện va chạm trong máy hút bụi robot, những công nghệ này nâng cao trải nghiệm tương tác thông minh của các thiết bị.

TỔNG QUAN

Các lõi cảm biến đo biến dạng, được biết đến với đặc điểm "độ chính xác cao, dải đo rộng và hiệu quả về chi phí", đã trở thành nền tảng của các sản phẩm cảm biến bằng cách giải quyết các thách thức về độ chính xác, độ ổn định và tích hợp trong đo lường cơ khí. Với khung kỹ thuật trưởng thành, thao tác dễ sử dụng và khả năng ứng dụng rộng rãi, chúng giữ vị trí không thể thay thế trong các ngành công nghiệp như sản xuất, chăm sóc sức khỏe, vận tải và điện tử tiêu dùng, cung cấp hỗ trợ cảm biến đáng tin cậy cho các hệ thống đo lường và điều khiển tự động.

Hiển thị Chi tiết

Thông số kỹ thuật