Cách sử dụng strain gauge trong đo lường lực, đo biến dạng sản phẩm trong công nghiệp.

ひずみゲージ (hay cảm biến đo biến dạng) là một loại linh kiện điện tử dùng để đo sự biến dạng (co giãn) của vật thể khi có lực tác động. Về cơ bản, khi vật thể bị kéo giãn hoặc nén lại, strain gauge dán trên bề mặt vật thể đó cũng sẽ biến dạng theo. Sự thay đổi hình dạng này làm thay đổi điện trở của cảm biến. Bằng cách đo sự thay đổi điện trở này, ta có thể tính toán chính xác mức độ căng (stress) và biến dạng (strain) của vật liệu.

Dựa trên cấu tạo và mục đích sử dụng, ひずみゲージ được chia thành các loại chính sau:

Phân loại theo cấu tạo :

Foil Strain Gauge (Loại lá kim loại): Đây là loại phổ biến nhất hiện nay (như các dòng của 共和良い SSHOWA). Nó gồm một lưới kim loại cực mỏng dán trên một lớp màng cách điện. Ưu điểm là rẻ, ổn định và dễ sử dụng trong công nghiệp.

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

Wire Strain Gauge (Loại dây kim loại): Sử dụng các sợi dây mảnh thay vì lá kim loại. Hiện nay ít phổ biến hơn loại foil nhưng vẫn dùng trong một số ứng dụng đo nhiệt độ cao.
Semiconductor Strain Gauge (Loại bán dẫn): Làm từ vật liệu bán dẫn (thường là Silicon). Loại này có độ nhạy (Gauge Factor) cực cao, gấp hàng chục lần loại foil, nhưng lại rất nhạy cảm với nhiệt độ và dễ gãy.

Phân loại theo hình dáng và hướng đo

Single-element (Cảm biến đơn): Chỉ có một hướng lưới duy nhất, dùng để đo biến dạng theo một trục xác định.
Rosette Strain Gauge: Gồm nhiều lá điện trở (thường là 2 hoặc 3) xếp chồng hoặc đặt cạnh nhau ở các góc 45° hoặc 120°. Loại này dùng để xác định hướng và cường độ biến dạng trong các mặt phẳng phức tạp khi chưa biết rõ hướng lực.
Shear Gauge: Thiết kế chuyên biệt để đo ứng suất cắt hoặc mô-men xoắn (torque) trên các trục quay.

Cách dán cảm biến đo độ biến dạng ( strain gage) lên sản phẩm

Phân loại theo mục đích chuyên biệt

High-temperature Gauge: Dùng loại keo và vật liệu đặc biệt để hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao (lên đến 300°C ~800°C ).
Waterproof Gauge: Được bọc sẵn lớp bảo vệ chống thấm nước, dùng cho các công trình dưới nước hoặc môi trường ẩm ướt.
Post-yield Gauge: Dùng để đo các biến dạng cực lớn (vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu), thường dùng trong kiểm tra độ bền phá hủy.

Để sử dụng strain gauge đo trọn bộ độ biến dạng (strain) của một sản phẩm, bạn không chỉ mua riêng lẻ các miếng strain gage mà cần một hệ thống đo lường hoàn chỉnh.

1. Strain Gage (Cảm biến trực tiếp)

Tùy vào vật liệu sản phẩm, bạn chọn model phù hợp của 共和または Showa.

Dành cho kim loại/thép (phổ biến nhất): モデル KFGS-5-120-C1-11 (Kyowa) hoặc dòng N11 (Showa). Đây là loại foil gage vạn năng, độ ổn định cao.
Dành cho nhựa/composite: モデル KFRPB (Kyowa) – thiết kế cho vật liệu có độ cứng thấp.
Nếu chưa biết hướng lực: Nên chọn Rosette Gage (loại có 3 lá điện trở xếp chồng, ví dụ: KFGS-5-120-D17-11) để đo được mọi hướng biến dạng.

2. Chất kết dính (Keo dán chuyên dụng)

Keo dán là thành phần cực kỳ quan trọng để truyền biến dạng từ bề mặt sản phẩm sang cảm biến.

Keo khô nhanh (Cyanoacrylate): モデル CC-33A または CC-36 (Kyowa). Loại này khô trong 30-60 giây, dùng cho các phép đo nhanh ở nhiệt độ phòng.
Keo chịu nhiệt/lâu dài: モデル EP-340 (loại Epoxy) nếu bạn cần đo trong thời gian dài hoặc môi trường khắc nghiệt.

3. Dây dẫn và Phụ kiện đấu nối

Dây cáp (Lead wire): Dây 3 lõi (3-wire system) để bù nhiệt độ, giúp kết quả chính xác hơn.
Trạm đấu nối (Terminal): Ví dụ dòng T-Type (Kyowa), dùng để nối dây từ gage sang dây cáp dài, tránh làm đứt chân gage khi co giãn.

4. Thiết bị thu thập dữ liệu (Data Logger / Amplifier)

Đây là “bộ não” để chuyển tín hiệu điện trở thành con số hiển thị trên màn hình.

Dạng cầm tay (đơn giản): モデル PCD-400A または PCD-430A (Kyowa). Nhỏ gọn, kết nối trực tiếp với máy tính qua USB.
Dạng tĩnh (đo chậm, nhiều kênh): 現在 UCAM-60B または UCAM-550. Phù hợp đo kết cấu nhà xưởng, dầm cầu.
Dạng động (đo rung động, va chạm): 現在 EDX-100A または EDX-200A. Dùng cho thử nghiệm xe hơi, máy bay.

5. Phần mềm xử lý dữ liệu

Thường đi kèm với thiết bị thu thập của hãng (như phần mềm DCS-100A của Kyowa). Nó giúp bạn vẽ biểu đồ, tính toán ứng suất (stress) và xuất báo cáo ra Excel.

SEMIKI là nhà đại diện phân phối Strain gage của Kyowa Electronic Instruments そして Showa Measuring Instruments (Micro Showa) tại Việt Nam, với nhiều giải pháp đo phù hợp theo từng nhu cầu kiểm tra như đo độ biến dạng kính xe, độ biến dạng PCB, độ biến dạng cầu đường…

* Kyowa Electronic Instruments là nhà sản xuất strain gage đầu tiên tại Nhật Bản với hơn 50 năm kinh nghiệm. Sản phẩm của hãng nổi tiếng với độ chính xác cực cao và khả năng đo lường đa dạng.

Ứng dụng tiêu biểu:
- Phân tích độ bền kết cấu: Sử dụng để đo ứng suất trên các công trình hạ tầng xã hội, máy bay, ô tô và tàu thủy nhằm đảm bảo an toàn.
- Đo lường trong môi trường khắc nghiệt: Dòng KFU chịu được nhiệt độ cao đến 350°C , phù hợp cho các bộ phận động cơ hoặc máy móc vận hành liên tục.
- Kiểm tra bảng mạch điện tử (PCB): Dòng KFRS được thiết kế chuyên biệt để đánh giá đặc tính cơ học và nhiệt của các bảng mạch in trong thiết bị điện tử.
- Thành phần cảm biến: Làm lõi cho các cảm biến tải trọng (load cell), cảm biến áp suất, gia tốc và mô-men xoắn.

* 昭和測定器 bắt đầu sản xuất strain gage từ năm 1962 và tập trung mạnh vào các dòng lá kim loại (foil gage) có độ bền và tính ổn định cao.

Thiết bị đo lường công nghiệp: Sản phẩm của Showa thường được tích hợp vào các hệ thống kiểm soát chất lượng trong nhà máy nhờ khả năng đo lường sự thay đổi kích thước ở mức cực nhỏ ( 1/1.000.000 đơn vị chiều dài)

Ứng dụng tiêu biểu:

Đo lường vật liệu đa dạng: Phù hợp để phân tích ứng suất trên nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại, cao su, nhựa và gốm sứ.

Quan trắc công trình dân dụng: Các dòng sản phẩm như N11-FA được sử dụng phổ biến trong các thí nghiệm đo ứng suất, biến dạng của vật liệu xây dựng.

Bảng so sánh giữa Kyowa và Micro Showa

特性	共和	Showa (Micro Showa)
Thế mạnh	Đa dạng chủng loại, công nghệ tiên phong	Độ bền lá kim loại cao, ổn định nhiệt tốt
Lĩnh vực chính	Hàng không, ô tô, điện tử công nghệ cao	Công nghiệp nặng, vật liệu xây dựng, cao su
Khả năng đo	Từ tĩnh đến động (trên )	Độ nhạy cao với các vật liệu đàn hồi thấp

Để lựa chọn được loại strain gage phù hợp nhất, đảm bảo dữ liệu chính xác và không bị bong tróc trong quá trình đo, bạn cần dựa trên 5 tiêu chí cốt lõi sau đây:

1. Vật liệu của sản phẩm cần đo (Hệ số giãn nở nhiệt)

Đây là yếu tố quan trọng nhất. Mỗi vật liệu (thép, nhôm, nhựa) có sự giãn nở nhiệt khác nhau. Bạn nên chọn strain gage có hệ số tự bù nhiệt (Self-temperature-compensation) tương ứng:

Mã số -11: Dùng cho Thép/Sắt .
Mã số -16: Dùng cho Đồng/Hợp kim đồng.
Mã số -23: Dùng cho Nhôm.
例えば： Model Kyowa KFGS-5-120-C1-11 có đuôi -11 nghĩa là chuyên dùng cho Thép.

2. Kích thước lưới đo (Gauge Length)

Vật liệu đồng nhất (Kim loại, Nhựa): Dùng loại có chiều dài lưới ngắn (1mm, 2mm hoặc 5mm) để đo chính xác tại các điểm tập trung ứng suất nhỏ.
Vật liệu không đồng nhất (Bê tông, Gỗ): Phải dùng loại có lưới dài (20mm đến 100mm) để lấy giá trị trung bình của cả vùng, tránh sai số do chạm phải các hạt sỏi hoặc vân gỗ.

3. Hình dạng lưới (Gage Pattern)

Tùy vào việc bạn đã biết hướng lực hay chưa:

Dạng đơn (Uniaxial): Chỉ có 1 hướng lưới. Dùng khi đã biết chắc chắn hướng biến dạng (ví dụ: kéo thẳng một thanh thép).
Dạng Rosette (2 hoặc 3 hướng): Dùng khi chưa biết hướng lực. Loại 3 hướng (0°, 45°, 90°) giúp bạn tính toán được cả cường độ và hướng của biến dạng chính.
Dạng đo xoắn (Shear/Torque): Có lưới hình chữ V, chuyên dán trên trục quay để đo mô-men xoắn.

4. Nhiệt độ môi trường làm việc

Nhiệt độ phòng (Dưới 80°C): Dùng các loại thông dụng (Series KFGS của Kyowa hoặc N11 của Showa).
Nhiệt độ cao (100°C ~ 300°C): Phải dùng dòng chuyên dụng (như Series KFU của Kyowa) với keo dán chịu nhiệt Epoxy.

5. Điện trở của Strain Gage

120 Ohm: Là loại phổ biến nhất, tương thích với hầu hết các bộ khuếch đại (Data Logger).
350 Ohm: Dùng khi cần giảm nhiệt lượng tỏa ra trên gage hoặc khi dây dẫn từ gage đến máy đo quá dài (giúp giảm nhiễu).

Bạn hoàn toàn có thể liên hệ với Công ty SEMIKI để nhận tư vấn chuyên sâu và mua các thiết bị strain gage. Tại thị trường Việt Nam, セミキ là một đơn vị uy tín, có kinh nghiệm lâu năm trong việc phân phối và cung cấp các giải pháp đo lường của các hãng Nhật Bản như 共和そして Micro Showa.

Tại sao bạn nên liên hệ SEMIKI cho dòng Strain Gage:

詳細な技術コンサルティング： Đội ngũ kỹ thuật của họ có thể giúp bạn chọn đúng model dựa trên vật liệu (thép, nhôm, nhựa), nhiệt độ môi trường và mục đích đo (tĩnh hay động).

Cung cấp giải pháp trọn bộ: Ngoài miếng strain gage, họ cung cấp đủ các phụ kiện đi kèm như: