Phân tích nguyên nhân gây ra độ chính xác nhỏ ở phạm vi nhỏ và độ không chính xác lớn ở phạm vi lớn của thiết bị cân
Trong sản xuất công nghiệp, thương mại và các thí nghiệm nghiên cứu khoa học, độ chính xác của thiết bị cân có liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của dữ liệu và sự ổn định của hoạt động kinh doanh. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, hiện tượng "cân chính xác ở phạm vi nhỏ nhưng sai số lớn ở phạm vi lớn" là phổ biến — vấn đề này không phải là ngẫu nhiên, mà là kết quả của nhiều yếu tố (bao gồm cấu trúc cơ khí của thiết bị, hiệu suất của các bộ phận cốt lõi và sự ổn định của hệ thống mạch) cùng tác động. Bài viết này sẽ phân tích một cách có hệ thống các nguyên nhân của vấn đề này và cung cấp các giải pháp và biện pháp phòng ngừa có mục tiêu để giúp người dùng nhanh chóng khắc phục sự cố và đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị cân.
Logic cân của thiết bị cân tuân theo chuỗi: lực bên ngoài → truyền động cấu trúc cơ khí → chuyển đổi tín hiệu cảm biến → xử lý mạch → hiển thị dữ liệu. Cân không chính xác ở phạm vi lớn về bản chất có nghĩa là một liên kết không hoạt động ổn định trong điều kiện "tải trọng cao". Cụ thể, có bốn loại nguyên nhân chính:
Cấu trúc cơ khí là "bộ khung" của thiết bị cân. Ở phạm vi nhỏ, áp lực tải thấp, do đó biến dạng cấu trúc là không đáng kể; ở phạm vi lớn, tải vượt quá ngưỡng chịu đựng của cấu trúc, dẫn đến biến dạng không thể đảo ngược hoặc sai lệch thành phần — trực tiếp gây ra lỗi cân.
- Độ cứng không đủ của bàn cân/khung đỡ
Nếu bàn cân sử dụng tấm thép mỏng, hợp kim chất lượng thấp hoặc khung đỡ được thiết kế mà không xem xét đến "khả năng chống uốn" (ví dụ: khoảng cách đỡ quá rộng, tiết diện dầm quá nhỏ):
- Ở phạm vi nhỏ, cấu trúc chỉ trải qua biến dạng đàn hồi nhỏ, ít ảnh hưởng đến kết quả cân;
- Ở phạm vi lớn, bàn cân sẽ võng đáng kể hoặc khung đỡ sẽ nghiêng, ngăn không cho tải trọng được truyền đều đến cảm biến. Một phần áp lực bị "hấp thụ" bởi biến dạng cấu trúc, do đó giá trị hiển thị cuối cùng nhỏ hơn trọng lượng thực tế.
Ví dụ: Nếu độ dày của bàn cân điện tử thương mại giảm từ 3mm xuống 1.5mm, sai số chỉ là 0.1kg ở phạm vi nhỏ 50kg, nhưng tăng lên 1–2kg ở phạm vi lớn 200kg.
- Các đầu nối lỏng lẻo hoặc bị mòn
Bàn cân thường được cố định vào cảm biến và khung đỡ vào đế, thông qua bu lông, vòng đệm, v.v.:
- Ở phạm vi nhỏ, lực căng/áp lực lên các đầu nối thấp, do đó không xảy ra hiện tượng dịch chuyển;
- Ở phạm vi lớn, nếu các đầu nối bị lỏng (ví dụ: bu lông không được siết chặt) hoặc bị mòn (ví dụ: vòng đệm bị nứt), bàn cân sẽ bị "biến dạng lệch" — một số khu vực bị chìm trong khi những khu vực khác bị treo. Cảm biến không thể nhận tín hiệu áp lực đồng đều, dẫn đến lỗi cân.
- Thiết bị giới hạn bị hạn chế quá mức
Để ngăn ngừa hư hỏng cảm biến do rung hoặc quá tải, hầu hết các thiết bị đều được trang bị các thiết bị giới hạn (ví dụ: chốt giới hạn trên/dưới, khối giới hạn ngang) để hạn chế bàn cân chuyển động theo chiều dọc nhỏ:
- Ở phạm vi nhỏ, có một khoảng trống nhỏ giữa thiết bị giới hạn và bàn cân, do đó không xảy ra sự hạn chế nào;
- Ở phạm vi lớn, nếu thiết bị giới hạn được lắp quá chặt (khoảng trống < 0.5mm), bàn cân sẽ tiếp xúc cứng với thiết bị khi bị ấn xuống. Sau đó, thiết bị giới hạn tác dụng một "lực đỡ" theo chiều ngược lại, bù đắp một phần tải trọng thực tế — khiến trọng lượng hiển thị nhỏ hơn trọng lượng thực tế, với sai số tăng lên khi tải trọng tăng.
Cảm biến là "trái tim" của thiết bị cân, chịu trách nhiệm chuyển đổi áp lực cơ học thành tín hiệu điện. Khả năng tương thích phạm vi, độ tuyến tính và mức độ lão hóa của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của việc cân. Hiện tượng "chính xác ở phạm vi nhỏ nhưng không chính xác ở phạm vi lớn" chủ yếu liên quan đến sự không phù hợp về phạm vi, lỗi tuyến tính, hoặc hư hỏng do quá tải của cảm biến.
- Chọn phạm vi cảm biến dưới mức
Phạm vi của cảm biến phải phù hợp với dung lượng tối đa của thiết bị (thường yêu cầu phạm vi cảm biến ≥ dung lượng tối đa của thiết bị × 1.2). Nếu phạm vi được chọn dưới mức (ví dụ: thiết bị có dung lượng 200kg sử dụng cảm biến phạm vi 150kg):
- Ở phạm vi nhỏ (ví dụ: ≤50kg), cảm biến hoạt động trong "khoảng làm việc tuyến tính" của nó, với các tín hiệu đầu ra tỷ lệ với tải — đảm bảo cân chính xác;
- Ở phạm vi lớn (ví dụ: ≥100kg), cảm biến vượt quá khoảng tuyến tính và đi vào "vùng bão hòa" — sự tăng trưởng tín hiệu chậm lại hoặc trì trệ
