Cảm biến đo lực
1 .Nguyên lý đo lực
CB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực
Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng
đo biến dạng xác định lực tác dụng.
Phương pháp đo:
-trực tiếp (đo bd của vật trung gian)
-gián tiếp: đo t/c điện của vật trung gian
Các loại CB đo lực: - Cảm biến áp
-Cảm biến từ giảo
-Cảm biến đo độ dịch chuyển
-Cảm biến xúc giác
Giới hạn đo: 0,1 N - 107N
2.Cảm biến áp điện
2.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Nguyên lý:- Hiệu ứng áp điện
Vật liệu áp điện: - thạch anh: tính ổn định, độ cứng cao
-gốm: dễ sản xuất, giá thành thấp
PZT, PbTi1-xZrxO3x = 0,5
VËt liÖu § iÖn trë
suÊt
(.m)
Mo®un
Young
(109N.m-2)
øng lùc cùc
®¹ i
(107N.m-2)
Nh. ®é
lµm viÖc
(oC)
Th¹ ch anh 1012 Y11=80 10 550
PZT5A 1011 Y33=53 7-8 365
Cấu tạo
Các b.dạng cơ bản: Cách ghép nối:
2.2.Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm
Giới hạn đo:phụ thuộc diện tích bề mặt của các
vòng đệm,vài kN(với đường kính ~1cm) đến
103kN (đường kính ~10cm)
Chỉ nhạy với lực nén tác dụng dọc theo trục
Đo lực kéo độ nhạy giảm 5-10%
2.3.Cảm biến thạch anh nhiều thành phần
Vòng đệm thạch anh được cắt các
hướng khác nhau,khi chúng chỉ
nhạy với 1 hướng xác định
2.4.Sơ đồ mạch đo
a)Sơ đồ tương đương của cảm biến
Trong dải thông rộng
Trong d¶i th«ng cã Ých Nối với mạch ngoài
1/Rs=1/Rg+1/R1
Cs=Cg+C1
Trong dải thông rộng:-,,:đặc trưng cho cộng hưởng điện cơ ở ngoài dải thông
của cảm biến
-Rgđiện trở cách điện của vật liệu áp điện
-Cgtụ điện của nguồn phát điện tích,khi ở tần số trung bình và
cao nó trở thành trở kháng của cảm biến