Load cell là gì? Cách chọn load cell cho cân bồn silo
Load cell (cảm biến tải trọng) là trái tim của mọi hệ thống cân công nghiệp: cân bồn, cân silo, cân băng tải, cân cầu trục. Bài viết giải thích load cell là gì, các loại load cell, và cách thiết kế cân bồn silo chính xác, bền – phần mà nhiều nhà máy gặp sai số do lắp đặt chứ không phải do cảm biến.
Load cell là gì? Nguyên lý hoạt động
Load cell là cảm biến biến đổi lực (trọng lượng) thành tín hiệu điện. Loại phổ biến nhất dùng điện trở lực căng (strain gauge) dán trên một khối kim loại đàn hồi. Khi chịu tải, khối kim loại biến dạng rất nhỏ, làm điện trở của strain gauge thay đổi. Các strain gauge được nối thành mạch cầu Wheatstone, cho tín hiệu ra tỷ lệ với tải trọng.
- Tín hiệu ra tính bằng mV/V – thường 2 mV/V, tức với điện áp kích thích 10 V, tải định mức cho 20 mV.
- Tín hiệu nhỏ nên cần bộ hiển thị cân hoặc bộ khuếch đại để chuyển thành số kg, tín hiệu 4–20 mA hay giao tiếp Modbus.
- Cấp chính xác thường ghi theo OIML R60, ví dụ C3 (3.000 vạch chia).
Các loại load cell và ứng dụng
| Loại | Hình dạng | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Dầm cắt | Thanh dầm, một đầu cố định | Cân bồn nhỏ và vừa, cân sàn |
| Nén dạng trụ | Khối trụ chịu nén | Silo, bồn lớn, cân xe tải |
| Dạng S | Chữ S, treo hoặc đặt | Cân treo, cân phễu treo |
| Single point | Khối có lỗ, chịu tải lệch tâm | Cân bàn, cân đóng gói |
| Chốt tải, dạng vòng | Chốt thay chốt trục, vòng xuyên lỗ | Cầu trục, tời, chống quá tải |
Tên tiếng Anh thường gặp trong catalog: shear beam (dầm cắt), canister hoặc column (nén dạng trụ), S‑type (dạng S), single point, load pin (chốt tải) và annular (dạng vòng).
Thiết kế cân bồn silo bằng load cell
Cân bồn silo đo trực tiếp khối lượng vật liệu trong bồn – xi măng, clinker, bột, hạt nhựa, hóa chất lỏng – chính xác hơn nhiều so với đo mức rồi quy đổi, vì không phụ thuộc tỷ trọng hay góc nghiêng của vật liệu.
Số lượng và tải định mức load cell
- Bồn đứng thường đặt trên 3 hoặc 4 load cell. 3 điểm luôn chia tải ổn định; 4 điểm phù hợp bồn lớn, kết cấu vuông.
- Tải định mức mỗi load cell ≈ (khối lượng bồn rỗng + vật liệu tối đa) / số load cell × hệ số an toàn khoảng 1,25–1,5 để tính tải phân bố lệch, gió, va đập khi nạp liệu.
- Silo ngoài trời, cao: tính thêm tải gió và động đất theo kết cấu.
Weigh module: bộ lắp đặt load cell cho cân bồn
Không nên đặt load cell trực tiếp dưới chân bồn. Bộ lắp đặt (weigh module) gồm load cell, tấm đế và cơ cấu tự định tâm, chống lật, cho phép bồn giãn nở nhiệt mà không tạo lực ngang lên cảm biến.
Những lỗi lắp đặt gây sai số cân bồn
- Đường ống nối cứng vào bồn: ống chịu một phần tải → cần đoạn nối mềm, gối đỡ ống xa bồn.
- Kết cấu đỡ yếu: dầm võng khi bồn đầy, các điểm lún không đều.
- Lực ngang do gió, rung, máy khuấy – cần thanh giằng đúng cách, không chặn chuyển động thẳng đứng.
- Hàn điện trên bồn khi chưa nối dây tiếp địa vòng qua load cell – dòng hàn làm hỏng strain gauge.
Bộ hiển thị cân loadcell và hộp đấu nối
- Hộp đấu nối (junction box) gộp tín hiệu các load cell, cân chỉnh góc khi tải đặt lệch.
- Bộ hiển thị cân điện tử cấp nguồn kích thích, hiển thị khối lượng, có ngõ ra rơ‑le đặt ngưỡng (đầy, cạn), 4–20 mA, RS‑485/Modbus để đưa về PLC.
- Với hệ thống phối liệu (batching), bộ điều khiển cân điều khiển trực tiếp van, vít tải theo công thức.
Hiệu chuẩn cân bồn
- Quả cân chuẩn: chính xác nhất, khó với bồn hàng chục tấn.
- Nạp vật liệu đã cân (qua cân xe hoặc cân chuẩn) theo từng bậc.
- Hiệu chuẩn bằng thông số mV/V của load cell: nhanh, phù hợp kiểm tra sơ bộ, độ chính xác thấp hơn.
Quy trình chi tiết từng phương pháp và chức năng bộ điều khiển cân: xem bài hiệu chuẩn cân bồn và bộ điều khiển cân.
Nên kiểm tra định kỳ điểm không (bồn rỗng), độ tuyến tính và độ lặp lại, đặc biệt sau khi sửa kết cấu hoặc thay đường ống.
Ứng dụng trong nhà máy
- Xi măng: cân silo clinker, phụ gia, cân phối liệu. Xem giải pháp ngành xi măng.
- Thép: cân phễu liệu, cân thùng rót, đo lực cán. Xem ngành thép.
- Thực phẩm, hóa chất, nhựa: cân bồn trộn, bồn phản ứng, silo hạt.
- Vật liệu rời trên băng tải: dùng cân băng tải thay vì cân bồn.
- Cầu trục: cân cẩu trục, chống quá tải bằng chốt tải, cảm biến lực căng cáp.
Load cell và bộ hiển thị cân TMP cung cấp
- BLH Nobel: load cell nén chính xác cao KIM, bộ cân và bộ điều khiển cân (dòng G5) cho cân bồn, silo, phối liệu – xem BLH Việt Nam.
- Sensy (Bỉ): load cell dầm cắt 3500, load cell kín 2000S, load cell nén tải rất lớn 3110‑3115, chốt tải và cảm biến lực căng cáp cho cầu trục, bộ hiển thị cân INDI‑5250 – xem Sensy Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
Load cell bao nhiêu kg là phù hợp?
Tính theo tổng tải lớn nhất chia cho số điểm đỡ, nhân hệ số an toàn 1,25–1,5. Chọn quá lớn làm giảm độ phân giải; chọn sát tải dễ quá tải khi nạp liệu va đập.
Vì sao cân bồn bị trôi số hoặc sai khi bồn đầy?
Nguyên nhân thường do đường ống nối cứng, kết cấu đỡ võng, nước vào hộp đấu nối hoặc cáp, hay load cell từng bị quá tải. Kiểm tra lắp đặt trước khi kết luận cảm biến hỏng.
Có thể cân bồn đang có sẵn mà không hạ bồn không?
Có thể dùng weigh module lắp bằng cách kích bồn từng chân, hoặc dùng cảm biến biến dạng gắn trên chân bồn cho độ chính xác vừa phải. Kỹ sư TMP sẽ khảo sát kết cấu để chọn phương án.
Ứng dụng load cell và chốt tải cho cầu trục: xem cân cẩu trục và chống quá tải.
Liên hệ kỹ sư TMP:
- Điện thoại / Zalo: 0917 943 068
- Email: project@tmpvietnam.com
