Es gibt viele Gesetze der Physik, die auf dem Konzept der Kraft basieren. Wenn Kraft auf ein Objekt der Masse m ausgeübt wird, ändert sich die Geschwindigkeit des Objekts. Es gibt viele Konzepte im Zusammenhang mit Kraft wie Schub, Widerstand und Drehmoment. Bei Anwendung auf ein Objekt erhöht der Schub die Geschwindigkeit des Objekts, während der Widerstand die Geschwindigkeit verringert und das Drehmoment Änderungen der Drehzahl des Objekts erzeugt. Bei einer ausgeglichenen Kräfteverteilung im Objekt ist keine Beschleunigung zu erkennen. Mit dem technologischen Fortschritt wird ein Sensor eingeführt, der zur Überwachung der Kraft beitragen kann und als Kraftsensor bekannt ist.
Was ist ein Kraftsensor?
Sir Franklin Eventoff stellte in den 1970er Jahren fest, dass einige Materialien, wenn sie Gewalt ausgesetzt werden, ihre Widerstandswerte ändern können. Diese Materialien wurden als Force-Sensing-Widerstände bezeichnet. Diese Materialien werden verwendet, um einen Sensor herzustellen, der die Kraft messen kann. Ein Kraftsensor ist ein Sensor, mit dem die auf ein Objekt ausgeübte Kraft gemessen werden kann. Durch Beobachtung des Ausmaßes der Änderung der Widerstandswerte von Kraftmesswiderständen kann die aufgebrachte Kraft berechnet werden.
Kraftsensor
Arbeitsprinzip
Das allgemeine Funktionsprinzip von Kraftsensoren besteht darin, dass sie auf die ausgeübte Kraft reagieren und den Wert in eine messbare Größe umwandeln. Es gibt verschiedene Arten von Kraftsensoren auf dem Markt, die auf verschiedenen Sensorelementen basieren. Die meisten Kraftsensoren sind mit Force-Sensing-Widerständen ausgelegt. Diese Sensoren bestehen aus einem Erfassungsfilm und Elektroden.
Das Funktionsprinzip eines Force-Sensing-Widerstands basiert auf der Eigenschaft „Kontaktwiderstand“. Kraftmesswiderstände enthalten einen leitfähigen Polymerfilm, der seinen Widerstand auf vorhersagbare Weise ändert, wenn Kraft auf seine Oberfläche ausgeübt wird. Dieser Film besteht aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Teilchen mit einer Größe von Submikrometern, die in einer Matrix angeordnet sind. Wenn eine Kraft auf die Oberfläche dieses Films ausgeübt wird, berührt das Partikel in Mikrogröße die Sensorelektroden und ändert den Widerstand des Films. Das Ausmaß der Änderung der Widerstandswerte gibt das Maß für die ausgeübte Kraft an.
Um die Leistung der Force-Sensing-Widerstände zu verbessern, werden verschiedene Anstrengungen mit verschiedenen Ansätzen unternommen, z. B. um die Drift des Polymers zu minimieren, werden verschiedene Elektrodenkonfigurationen getestet. Testen mit einem Sensor durch Ersetzen des Polymers durch neue Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren. usw….
Anwendungen des Kraftsensors
Der Kraftsensor wird hauptsächlich zur Messung der ausgeübten Kraft verwendet. Es gibt verschiedene Arten und Größen von Kraftsensoren für verschiedene Arten von Anwendungen. Einige der Anwendungen von Kraftsensoren, die Kraftmesswiderstände verwenden, umfassen Druckmessknöpfe, in Musikinstrumenten, als Fahrzeugbelegungssensoren, in künstlichen Gliedmaßen, in Fußpronationssystemen, in Augmented Reality usw.
Beispiele für Kraftsensoren
Es gibt viele Arten von Kraftsensoren für verschiedene Arten von Anwendungen. Einige Beispiele für Kraftsensoren sind Zellen laden , pneumatische Wägezellen, kapazitive Wägezellen, DMS-Wägezellen, hydraulische Wägezellen usw.
Neben Kraftsensoren gibt es auch eine Kategorie von Kraftaufnehmern. Der Hauptunterschied zwischen einem Kraftsensor und einem Kraftaufnehmer besteht darin, dass der Aufnehmer die gemessene oder aufgebrachte Kraftmenge in ein messbares kleines elektrisches Spannungsausgangssignal umwandelt. Während der Ausgang eines Kraftsensors keine elektrische Spannung ist.
Vorteile von FSR
Die DMS-Wägezelle ist ein Kraftsensor sowie ein Kraftaufnehmer. Im Vergleich zu allen anderen Kraftsensoren bieten die Kraftsensoren mit Kraftmesswiderständen verschiedene Vorteile wie geringe Größe, geringe Kosten und gute Stoßfestigkeit. Aufgrund ihrer geringen Größe werden sie in tragbaren Elektronikgeräten und zur verbesserten mobilen Interaktion eingesetzt. Der Hauptnachteil dieser Sensoren ist ihre geringe Präzision, da sich ihre Messungen um 10% unterscheiden.
Auf Kraftsensoren basierende Kraftsensoren werden auch als FSR bezeichnet. FSR-Sensoren werden in Transportsystemen verwendet, um die Belastung der Waren zu messen, während sie von einem Ort zum anderen transportiert werden. Die Funktion des FSR kann durch Ändern der Eigenschaften der Force-Sensing-Widerstände geändert werden.
Force-Sensing-Widerstände erfordern eine kleine Schnittstelle und können in mäßig feindlichen Umgebungen arbeiten. Hier werden die kleinen leitenden und nichtleitenden Partikel formuliert, um die Temperaturabhängigkeit des Sensors zu verringern, die Haltbarkeit der Sensoroberfläche zu erhöhen und seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Mit dem technologischen Fortschritt spielen heute Sensoren eine entscheidende Rolle bei der Messung verschiedener physikalischer Phänomene. Ihre geringe Größe und hohe Haltbarkeit helfen uns, sie in tragbaren Elektronikgeräten einzusetzen. Heute, Sensoren stehen zur Messung von Stress, Druck, Temperatur, Farbe usw. zur Verfügung Kraftmesswiderstände wurden 1977 patentiert. Was ist die Krafteinheit in SI?
