Strain gages (hay cảm biến đo biến dạng) là thiết bị dùng để đo sự biến dạng của vật thể khi chịu tác động của ngoại lực. Bằng cách chuyển đổi biến dạng cơ học thành tín hiệu điện (thông qua sự thay đổi điện trở), nó cho phép các kỹ sư tính toán được ứng suất, lực, áp suất và nhiều thông số khác. 

Cách thức hoạt động của strain gauge (cảm biến đo biến dạng) dựa trên sự thay đổi điện trở của vật dẫn khi nó bị biến dạng cơ học. Nguyên lý này được gọi là hiệu ứng áp điện trở (piezoresistive effect). 

Dưới đây là các bước cụ thể trong quá trình hoạt động của một strain gauge: 

1. Nguyên lý vật lý cơ bản: Điện trở ($R$𝑅) của một sợi dây dẫn phụ thuộc vào chiều dài ($L$𝐿) và diện tích mặt cắt ngang ($A$𝐴) theo công thức: $R=\rho \cdot (L/A)$𝑅=𝜌⋅(𝐿/𝐴). 

• Khi bị kéo giãn: Sợi dây trở nên dài hơn và mỏng hơn → Điện trở tăng lên.
• Khi bị nén: Sợi dây ngắn lại và dày lên → Điện trở giảm xuống. 

2. Quá trình truyền biến dạng :Strain gauge thường được cấu tạo từ một lưới kim loại cực mỏng (metal foil) dán trên một lớp đế cách điện linh hoạt. 

• Cảm biến được dán chặt vào bề mặt vật thể cần đo bằng keo chuyên dụng.
• Khi vật thể chịu lực và biến dạng, lớp keo sẽ truyền sự biến dạng đó trực tiếp lên lưới kim loại của cảm biến. 

3. Chuyển đổi tín hiệu (Mạch cầu Wheatstone) :Vì sự thay đổi điện trở của strain gauge là cực kỳ nhỏ (thường tính bằng micro-ohm), người ta không thể đo trực tiếp bằng các máy đo thông thường. Thay vào đó, cảm biến được kết nối vào một mạch cầu Wheatstone: 

• Mạch này chuyển đổi sự thay đổi điện trở nhỏ thành sự thay đổi điện áp (𝑉𝑜𝑢𝑡).
• Điện áp này sau đó được khuếch đại và xử lý để hiển thị thành giá trị biến dạng (𝜖) hoặc đơn vị lực cụ thể. 

Các ứng dụng chính của strain gauge trong thực tế:

1. Phân tích ứng suất và thử nghiệm vật liệu

• Kiểm tra độ bền: Xác định mức độ chịu tải của vật liệu (kim loại, nhựa, composite) trước khi bị nứt gãy.
• Tối ưu hóa thiết kế: Giúp các kỹ sư điều chỉnh hình dạng và vật liệu của sản phẩm (như khung xe ô tô, cánh máy bay) để đảm bảo an toàn nhưng vẫn tiết kiệm nguyên liệu. 

2. Giám sát sức khỏe kết cấu (SHM)

• Công trình xây dựng: Gắn lên các kết cấu quan trọng như cầu, đập thủy điện, nhà cao tầng để theo dõi sự ổn định và phát hiện sớm các dấu hiệu nguy hiểm.
• Hầm và địa kỹ thuật: Đo biến dạng của vỏ hầm, tường vây hoặc sự dịch chuyển của đất đá để ngăn ngừa sạt lở. 

3. Chế tạo các loại cảm biến khác

Strain gage là thành phần cốt lõi (linh hồn) bên trong nhiều thiết bị đo lường phổ biến:

• Cảm biến lực (Load Cell): Dùng trong các loại cân điện tử từ cân tiểu ly đến cân ô tô.
• Cảm biến áp suất: Đo áp suất chất lỏng hoặc khí trong các đường ống công nghiệp.
• Cảm biến mô-men xoắn (Torque Sensor): Đo lực vặn trên các trục quay của động cơ hoặc máy móc. 

4. Ứng dụng trong giao thông và máy móc

• Hàng không & Vũ trụ: Theo dõi sự uốn cong của cánh máy bay và thân tàu vũ trụ trong quá trình bay.
• Công nghiệp ô tô: Kiểm tra sự va chạm, đo lực phanh và độ rung của các bộ phận cơ khí.
• Hàng hải: Đo ứng suất trên vỏ tàu thủy khi chịu tác động của sóng biển. 

5. Y sinh và Robot

• Y tế: Gắn trên các chi giả (prosthetics) hoặc robot phẫu thuật để phản hồi lực chạm, giúp thiết bị hoạt động tinh vi như tay người.
• Nghiên cứu xương: Đo lực tác động lên xương và khớp trong các nghiên cứu về vận động.

Kyowa (Nhật Bản) là nhà sản xuất thiết bị đo lường hàng đầu thế giới, nổi tiếng với việc giới thiệu những mẫu strain gage (cảm biến đo biến dạng) đầu tiên tại Nhật Bản từ năm 1949. Các sản phẩm của Kyowa được đánh giá cao nhờ độ tin cậy và sự đa dạng, đáp ứng từ nghiên cứu cơ bản đến các ứng dụng công nghiệp khắc nghiệt.

Strain Gages Introduction【KYOWA】

Các dòng Strain Gage phổ biến:Kyowa cung cấp hàng loạt mẫu mã phù hợp với nhiều loại vật liệu và điều kiện môi trường khác nhau:

• Dòng KFGS (Phổ thông): Là dòng tiêu chuẩn sử dụng đế nhựa polyimide linh hoạt (dày ~14 μm), có khả năng chống ẩm cực tốt và tự bù nhiệt độ.

KYOWA Strain gages KFGS-2-120-C1-27 L5M3Y cảm biến đo ứng suất ( 3-wire/120Ω)

• Dòng KC (Cho bê tông): Strain gage dạng dây có chiều dài lớn, được thiết kế đặc biệt để đo biến dạng trung bình của bê tông hoặc vật liệu có cốt liệu thô.
• Dòng KFGT (Kết hợp nhiệt độ): Tích hợp cảm biến nhiệt độ (thermocouple loại T) giúp đo đồng thời biến dạng và nhiệt độ để bù sai số chính xác hơn.
• Dòng KFEM (Siêu biến dạng): Dùng để đo độ giãn dài cực lớn (lên tới 20-30%), phù hợp cho các nghiên cứu biến dạng nhựa của kim loại.
• Dòng đặc biệt khác: Bao gồm strain gage chống thấm nước, loại hàn (weldable), loại dùng trong môi trường khí Hydro (KFV), và các loại dành riêng cho bảng mạch in (PCB). 

Đặc điểm kỹ thuật nổi bật

• Vật liệu: Thường sử dụng hợp kim Cu-Ni (Constantan) hoặc Ni-Cr cho phần tử điện trở, đảm bảo tính ổn định cao.
• Bù nhiệt độ: Hầu hết các dòng hiện đại đều tích hợp tính năng tự bù nhiệt độ (Self-temperature-compensation) cho các vật liệu mục tiêu như thép hoặc nhôm.
• Tiêu chuẩn chất lượng: Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế khắt khe như NAS 942 và VDI/VDE 2635.
• Tần số đáp ứng: Có khả năng đo từ biến dạng tĩnh đến biến dạng động với tần số trên 100 kHz

Strain gage Kyowa không chỉ dùng để đo ứng suất mà còn là thành phần cốt lõi trong các cảm biến khác:

• Đo lường kết cấu: Kiểm tra độ bền cầu đường, hầm, đập thủy điện và nhà cao tầng.
• Công nghiệp vận tải: Thử nghiệm ứng suất trên ô tô, tàu thủy và máy bay.
• Sản xuất cảm biến: Làm phần tử cảm biến trong các bộ chuyển đổi (transducers) đo lực (load cell), áp suất, gia tốc và mô-men xoắn.

Video: Quy trình lắp đặt mối nối  strain gauge (cảm biến biến dạng)

Việc liên hệ với Công ty TNHH Thiết bị đo SEMIKI để mua strain gauge (đặc biệt là dòng strain gages của nhà sản xuất Kyowa Nhật Bản) mang lại nhiều lợi ích quan trọng về chất lượng, kỹ thuật và dịch vụ hậu mãi.

• Nhà phân phối chính thức: SEMIKI là đơn vị phân phối chính thức các thiết bị đo lường từ Nhật Bản, bao gồm các dòng sản phẩm của Kyowa. Điều này đảm bảo bạn nhận được sản phẩm chính hãng 100%, tránh rủi ro hàng giả hoặc hàng kém chất lượng.
• Danh mục sản phẩm đa dạng: SEMIKI cung cấp đầy đủ các dòng strain gage phổ biến của Kyowa như KFGS (phổ thông), KFRS (dành cho bảng mạch PCB), và các loại cảm biến 2 trục, 3 trục chuyên dụng.
• Hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu: Đội ngũ kỹ sư tại đây có chuyên môn về lĩnh vực đo lường ứng suất và biến dạng vật liệu, sẵn sàng tư vấn giúp bạn chọn đúng model phù hợp với vật liệu (thép, nhôm, bê tông) và điều kiện môi trường cụ thể.
• Dịch vụ hậu mãi và bảo trì: SEMIKI có trung tâm bảo hành và sửa chữa riêng tại TP.HCM, hỗ trợ khách hàng trong việc hiệu chuẩn, kiểm tra và khắc phục sự cố thiết bị đo.

Video: Hướng dẫn cách gắn cảm biến đo biến dạng thu nhỏ KFRS lên mạch in (PCB).

Liên hệ Semiki:

Trang web: Bạn có thể tìm hiểu thêm thông tin chi tiết và gửi yêu cầu tư vấn qua Semiki.com.

Email kinh doanh: [email protected]

Số điện thoại (Hotline): +84 979 761 016.