Cum funcționează senzorul de forță?

Senzorii de forță funcționează pe baza unei varietăți de efecte fizice care convertesc forța sau presiunea aplicată senzorului în semnale electrice care pot fi măsurate și procesate. Următoarele sunt câteva principii comune de funcționare a senzorilor de forță:

Principiul extensometrului (principiul tensometrului de rezistență):

Acesta este unul dintre principiile utilizate în mod obișnuit în senzorii de forță. Un tensiometru constă dintr-o rețea de senzori etc. care este utilizată pentru a măsura deformarea și este de obicei atașată la un elastomer. Când elastomerul se deformează sub acțiunea forței exterioare, și extensometrul se deformează, ducând la modificarea valorii sale de rezistență. Această modificare a valorii rezistenței este proporțională cu forța primită, iar prin măsurarea modificării valorii rezistenței se poate calcula forța aplicată senzorului.

Efect piezoelectric:

Unele materiale cristaline (cum ar fi cuarțul, ceramica piezoelectrică etc.) generează sarcini electrice pe suprafețele lor atunci când sunt supuse la presiune, fenomen numit efect piezoelectric. Senzorul de forță piezoelectric se bazează pe acest principiu. Atunci când senzorul este supus unor forțe externe, materialul piezoelectric din interiorul acestuia se deformează, generând o sarcină electrică, care la rândul său generează un semnal de tensiune. Acest semnal de tensiune este proporțional cu forța aplicată, iar prin măsurarea mărimii semnalului de tensiune se poate determina forța aplicată senzorului.

Principiul capacitiv:

Senzorii capacitivi de forță folosesc modificări ale capacității condensatorului pentru a măsura forța. În interiorul senzorului sunt două plăci care formează un condensator între ele. Când senzorul este supus unei forțe externe, distanța dintre plăci sau mediul dintre plăci se modifică, rezultând o modificare a capacității condensatorului. Această modificare a capacității este proporțională cu forța aplicată, iar prin măsurarea modificării capacității se poate deduce forța aplicată senzorului.

Principiul inducției electromagnetice:

Deși principiul inducției electromagnetice este mai puțin comun în senzorii de forță decât cei de mai sus, este folosit și în unele aplicații specifice. De exemplu, forța exercitată asupra unui conductor poate fi dedusă prin măsurarea forței electromotoare generate de un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic.

Principiul de detectare a fibrei optice:

Odată cu dezvoltarea tehnologiei cu fibre optice, principiul de detectare a fibrei optice a fost aplicat și la senzorii de forță. Senzorii cu fibră optică folosesc fibra optică ca element sensibil și calculează forța exercitată asupra senzorului prin măsurarea modificării semnalului optic în fibra optică. Senzorul cu fibră optică are avantajele interferențelor anti-electromagnetice, rezistenței la coroziune și așa mai departe și are avantaje unice în unele medii speciale.

Pe scurt, principiile de lucru ale senzorilor de forță sunt variate, iar fiecare principiu are scenariile sale unice de aplicare și avantajele și dezavantajele. În aplicațiile practice, este necesar să se selecteze senzorul de forță corespunzător în funcție de cerințele specifice de măsurare și de condițiile de mediu.