Việc hiểu rõ sự đa dạng trong thiết kế của các loại cảm biến lực là rất quan trọng để lựa chọn thiết bị phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Mỗi loại cảm biến lực, từ dạng đơn điểm, chữ S, thanh đơn, thanh kép, đến dạng trụ hay đa trục, đều mang lại những lợi ích và hạn chế riêng, được tối ưu hóa cho các kịch bản đo lường khác nhau.
1. Cảm biến lực dạng trụ (Canister Load Cells)
Đây là bộ chuyển đổi lực hình trụ (còn gọi là rocker pin hoặc column load cell), được thiết kế để đo lực nén, thường dùng trong các ứng dụng cân có tải trọng cao trên 5t. Lực tác động thẳng đứng từ trên xuống dưới, làm phần cảm biến trung tâm biến dạng nhẹ; sự biến dạng này được đo bởi các lá điện trở (strain gauges) và chuyển thành tín hiệu điện.
- Ưu điểm: Thiết kế đơn giản, chống lại lực uốn và lực ngang tốt, đảm bảo độ chính xác ngay cả trong môi trường có lực tác động đa hướng.
- Ứng dụng: Thường dùng trong cân xe tải, nhưng cần lưu ý chúng dễ bị xoắn hoặc đổ nếu không được lắp đặt đúng cách so với loại thanh kép.
2. Cảm biến lực chữ S (S-Beam Load Cells)
Đây là loại cảm biến kinh tế, độ chính xác cao, có khả năng đo cả lực kéo và lực nén trong các ứng dụng tải trọng thấp đến trung bình. Các lỗ ren ở trên và dưới giúp dễ dàng lắp đặt cho các hệ thống cân treo hoặc cân nén.
- Ứng dụng: Cân cẩu, cân phễu, đo lực kéo-nén và các máy thử nghiệm.
3. Cảm biến lực thanh đơn (Single-Ended Beam Load Cells)
Loại này có dạng thanh hình chữ nhật với một đầu cố định và một đầu tự do để chịu tải.
- Bending beam (Thanh uốn): Các lá điện trở được đặt bên trong một lỗ xuyên, đo lực uốn khi thanh biến dạng. Đây là lựa chọn kinh tế cho tải trọng nhẹ dưới 500kg.
- Shear beam (Thanh cắt): Có cấu trúc lỗ mù với màng ngăn trung tâm để đo lực cắt chính xác hơn. Thiết kế này giúp loại bỏ sai số do lực xoắn và tải trọng lệch tâm, phù hợp cho tải trọng lên đến 30t.
4. Cảm biến lực thanh kép (Double-Ended Shear Beam Load Cells)
Tương tự như loại thanh đơn nhưng được cố định ở cả hai đầu, còn lực tác động vào giữa thanh.
- Ưu điểm: Độ ổn định cấu trúc cao và tin cậy trong các ứng dụng khắc nghiệt hoặc di động. Thiết kế hình chữ nhật cứng cáp giúp chống lại sự dịch chuyển hoặc nghiêng, duy trì phép đo chính xác.
- Ứng dụng: Cân bồn, silo và cân xe tải.
5. Cảm biến lực đơn điểm (Single Point Load Cells)
Còn gọi là platform load cell, được thiết kế để đo lực nén tại một điểm duy nhất. Điểm đặc biệt là nó cho phép đặt tải lệch tâm trên bàn cân mà vẫn giữ được độ chính xác.
- Ứng dụng: Phổ biến trong các loại cân bàn tải trọng thấp, thường không quá 500kg.
6. Cảm biến lực dạng phẳng (Planar Load Cells)
Đây là loại cảm biến có thiết kế mỏng (low-profile), dùng cho các ứng dụng đo lực nén tải trọng thấp dưới 500kg.
- Ứng dụng: Cân bưu chính, cân y tế và các hệ thống nhỏ gọn có không gian chiều dọc hạn chế.
7. Cảm biến lực dạng chốt (Load Pin Load Cells)
Được thiết kế để đo lực kéo hoặc nén khi được tích hợp trực tiếp vào dòng lực (thay thế cho các bu-lông giữ hoặc trục bánh xe).
- Ứng dụng: Nhà máy thép, nhà máy hóa chất, cảng biển; dùng để kiểm tra an toàn hệ thống và chống quá tải ở những nơi hạn chế về không gian.
8. Cảm biến lực mắt xích kéo (Tension Link Load Cells)
Thiết kế chuyên dụng để đo lực kéo với hai lỗ xuyên ở hai đầu, hoạt động tương tự cảm biến chữ S nhưng chịu được tải trọng nặng hơn, thường trên 1t.
- Ứng dụng: Cân cẩu hạng nặng, thiết bị nâng hạ công nghiệp.
9. Cảm biến lực dạng nút (Button Load Cells)
Được thiết kế cho cả lực kéo và nén, đặc biệt là khi không gian và trọng lượng bị hạn chế. Đây là giải pháp nhỏ gọn cho những nơi mà độ chính xác cực cao không phải là ưu tiên hàng đầu.
- Ứng dụng: Robot, thiết bị thể thao chuyên nghiệp, y tế và điện tử tiêu dùng.
10. Cảm biến lực dạng đĩa (Disc Load Cells)
Cung cấp giải pháp tải trọng cao với thiết kế mỏng và khả năng chống lực ngang tốt.
- Ứng dụng: Thường được dùng làm "tiêu chuẩn thứ cấp" trong các máy thử nghiệm lực chính xác để hiệu chuẩn các cảm biến lực mới.
11. Cảm biến lực đa trục (Multi-Axial Load Cells)
Khác với các loại trên, loại này được định nghĩa bởi khả năng chức năng thay vì hình dáng. Chúng được thiết kế để đo lực dọc theo nhiều trục cùng lúc.
- Ví dụ: Một cảm biến đa trục siêu nhỏ gắn trên cánh tay robot có thể vừa đo lực nén dọc trục Y vừa đo lực kéo dọc trục Z để đảm bảo an toàn và phản hồi xúc giác cho người điều khiển
