Bài giảng Cảm biến và ứng dụng: Chương 4 - Cảm biến lực

Trong bối cảnh khoa học công nghệ hiện đại, vai trò của các hệ thống đo lường và cảm biến ngày càng trở nên thiết yếu, đóng góp quan trọng vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp và nghiên cứu. Trong số đó, "cảm biến lực" là một loại cảm biến cơ bản nhưng cực kỳ quan trọng, được ứng dụng rộng rãi từ các thiết bị đo lường chính xác trong phòng thí nghiệm đến các hệ thống điều khiển tự động trong sản xuất. Tài liệu này tập trung giới thiệu về "nguyên lý đo lực" và các phương pháp sử dụng "cảm biến lực" hiệu quả, đặc biệt nhấn mạnh đến cấu tạo và hoạt động của các loại cảm biến dựa trên "hiệu ứng áp điện", một công nghệ chủ chốt trong lĩnh vực này.

Sinh viên, kỹ sư, và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điện tử, cơ điện tử, tự động hóa, vật lý ứng dụng và đo lường công nghiệp.

Tài liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan sâu sắc về "cảm biến lực" và các "ứng dụng" của chúng, bắt đầu bằng việc trình bày "nguyên lý đo lực" cơ bản. Theo đó, lực có thể được đo bằng cách cân bằng với một lực đối kháng hoặc gián tiếp thông qua sự biến dạng của vật liệu trung gian, dựa trên định luật động lực học F=ma. Phần trọng tâm của tài liệu đi sâu vào "cảm biến áp điện", một loại cảm biến lực phổ biến hoạt động dựa trên "hiệu ứng áp điện". Cụ thể, khi một vật liệu áp điện như "thạch anh" hoặc "gốm PZT" chịu tác dụng của lực cơ học, nó sẽ biến dạng và tạo ra một hiệu điện thế tỉ lệ với lực tác dụng. Tài liệu mô tả chi tiết "cấu tạo" của cảm biến áp điện dưới dạng tấm mỏng phủ kim loại, giống như một tụ điện, và cách các phần tử áp điện có thể được ghép nối tiếp hoặc song song để tối ưu hóa hiệu suất. Ví dụ cụ thể về "cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm" cũng được giới thiệu, minh họa khả năng đo lực nén trong dải rộng từ vài kilonewton đến hàng nghìn kilonewton, tùy thuộc vào kích thước. Sự hiểu biết về các nguyên lý và cấu trúc của "cảm biến áp điện" này là vô cùng quan trọng, không chỉ giúp tối ưu hóa thiết kế và lựa chọn cảm biến cho các hệ thống đo lường chính xác mà còn mở ra nhiều "ứng dụng" tiềm năng trong tự động hóa, robot và nghiên cứu vật liệu.