ישנם חוקים רבים של פיזיקה המבוססים על מושג הכוח. כוח, כאשר מופעל על אובייקט בעל מסה m, משנה את מהירות האובייקט. ישנם מושגים רבים הקשורים לכוח כגון דחף, גרירה ומומנט. כאשר מוחל על אובייקט, דחף מגביר את מהירות האובייקט, ואילו גרור מקטין את המהירות והמומנט מייצר שינויים במהירות הסיבוב של האובייקט. כשיש חלוקת כוחות מאוזנת באובייקט, לא ניתן לראות שום תאוצה. עם התקדמות הטכנולוגיה מוצג חיישן שיכול לעזור במעקב אחר כוח, המכונה כוח חיישן.
מהו חיישן כוח?
סר פרנקלין איוונטוף, בשנות השבעים, מצא כמה חומרים, כאשר הם נתונים לכוח, יכולים לשנות את ערכי ההתנגדות שלהם. חומרים אלה נודעו כנגד נגדי חישה בכוח. חומרים אלה משמשים לייצור חיישן שיכול למדוד את הכוח. חיישן כוח הוא חיישן המסייע במדידת כמות הכוח המופעלת על אובייקט. על ידי התבוננות בכמות השינוי בערכי ההתנגדות של נגדי חישה כוח, ניתן לחשב את הכוח המופעל.
חיישן כוח
עקרון עבודה
עקרון העבודה הכללי של חיישני כוח הוא שהם מגיבים לכוח המופעל וממירים את הערך לכמות מדידה. ישנם סוגים שונים של חיישני כוח הקיימים בשוק המבוססים על אלמנטים חישה שונים. מרבית חיישני הכוח מתוכננים באמצעות נגדי חישה בכוח. חיישנים אלה מורכבים מסרט חישה ואלקטרודות.
עקרון העבודה של נגד חישה כוח מבוסס על המאפיין של 'התנגדות מגע'. נגדים לחישה כוח מכילים סרט פולימרי מוליך שמשנה את התנגדותו באופן צפוי כאשר כוח מופעל על פניו. סרט זה מורכב מחלקיקים בתת-מיקרומטר, מוליכים חשמליים ולא מוליכים המסודרים במטריצה. כאשר מופעל כוח על פני השטח של הסרט הזה, החלקיק המיקרו-דגם נוגע באלקטרודות החיישן ומשנה את התנגדות הסרט. כמות השינוי הנגרמת לערכי ההתנגדות נותנת את המדד לכמות הכוח המופעלת.
כדי לשפר את הביצועים של נגדי החישה הכוחית, נעשים מאמצים שונים בגישות שונות, כגון, כדי למזער את היסחפותם של פולימרים נבדקים תצורות אלקטרודות שונות, ונבדקים באמצעות חיישן על ידי החלפת הפולימר בחומרים חדשים כגון צינורות פחמן, וכו….
יישומים של חיישן כוח
השימוש העיקרי בחיישן הכוח הוא מדידת כמות הכוח המופעלת. ישנם סוגים וגדלים שונים של חיישני כוח הזמינים עבור סוגים שונים של יישומים. חלק מהיישומים של חיישן כוח המשתמשים בנגדים לחישה בכוח כוללים לחצני חישה בלחץ, בכלי נגינה, כחיישני תפוסת מכוניות, בגפיים מלאכותיות, במערכות פרונציה של כף הרגל, מציאות רבודה וכו '.
דוגמאות לחיישני כוח
ישנם סוגים רבים של חיישני כוח הזמינים עבור סוגים שונים של יישומים. חלק מהדוגמאות לחיישני כוח הן טען תאים , תאי עומס פנאומטיים, תאי עומס קיבוליים, תאי עומס מד מתח, תאי עומס הידראוליים וכו '...
מלבד חיישני כוח, יש גם קטגוריה של מתמרים כוח. ההבדל העיקרי בין חיישן כוח למתמר כוח הוא בכך שהמתמר ממיר את כמות הכוח שנמדדה או מופעלת לאות פלט מתח חשמלי קטן מדיד. ואילו הפלט של חיישן כוח אינו מתח חשמלי.
יתרונות ה- FSR
תא עומס מד מתח הוא חיישן כוח וכן מתמר כוח. בהשוואה לכל חיישני הכוח האחרים, חיישני הכוח עם נגדי חישה בכוח מספקים יתרונות שונים כגון גודל קטן, עלות נמוכה ועמידות טובה בפני זעזועים. בשל גודלם הקטן, הם משמשים באלקטרוניקה ניידת ובאינטראקציה משופרת עם ניידים. החיסרון העיקרי של חיישנים אלה הוא הדיוק הנמוך שלהם שכן מדידותיהם שונות ב -10%.
נגדי חישה כוח מבוססי חיישני כוח ידועים גם בשם FSR. חיישני FSR משמשים במערכות תחבורה למדידת כמות המתח המופעלת על הסחורה תוך הובלתם מקום אחד למשנהו. ניתן לשנות את תפקוד ה- FSR על ידי שינוי המאפיינים של נגדי חישה הכוח.
נגדים לחישת כוח דורשים ממשק קטן ויכולים לעבוד בסביבות עוינות בינוניות. כאן החלקיקים המוליכים הקטנים והלא-מוליכים מנוסחים להפחתת תלות הטמפרטורה של החיישן, להגדלת עמידות פני החיישן ולשיפור תכונותיו המכניות.
עם התקדמות הטכנולוגיה, כיום חיישנים ממלאים תפקיד מכריע במדידת תופעות פיזיקליות שונות. גודלם הקטן ועמידותם הגבוהה עוזרים לנו להשתמש בהם באלקטרוניקה ניידת. היום, חיישנים זמינים למדידת לחץ, לחץ, טמפרטורה, צבע וכו '... נגדים לחישה כוח פורטו בשנת 1977. מהי יחידת כוח ב- SI?
