Force, Load and Weight sensors

1. Force, Load and Weight sensors Khoa: CN Điện Tử

2. 1.Tổng quan về đo lực • Định luật cơ bản của động lực học trong đó: • M: khối lượng (kg) • F: lực tác động (N) • a : gia tốc (ms-2) • Thực hiện đo lực bằng cách làm cân bằng lực cần đo với lực đối kháng sao cho lực tổng và moment tổng bằng 0 • Phải có vật trung gian chịu tác động của lực cần đo và bị biến dạng (nguyên nhân của lực đối kháng) • Biến dạng có thể đo trực tiếp bằng đầu đo biến dạng • Đo gián tiếp qua tính chất điện của vật liệu phụ thuộc biến dạng

3. 2.Cảm biến áp điện • Sự xuất hiện phân cực điện, hoặc thay đổi phân cực điện đã có, trong một số chất điện môi (thạch anh, tuamalin, sulfat liti…) khi chúng bị biến dạng dưới tác dụng của một lực có chiều nhất định gọi là hiện tượng áp điện. • Cảm biến áp điện: • tụ điện với hai bản cực được phủ phiến áp điện mỏng. • Khi tác dụng một lực lên hai bản cực, xuất hiện các điện tích trái dấu, hiệu điện thế hai bản cực tỷ lệ với lực tác dụng

4. 2. Vật liệu áp điện • Thạch anh • ổn định • Độ cứng cao • Gốm • PbTi1-xZrxO3 • Độ nhạy cao • Điện dung lớn • Dễ gia công • Bền cơ học • Phụ thuộc nhiệt độ

5. Biến dạng cơ bản

6. Ghép nối bản áp điện

7. Vòng đệm thạch anh • Chỉ nhạy với lực nén dọc trục • Diện tích vòng đệm quyết định tầm đo

8. Sơ đồ tương đương

9. Sơ đồ đo – khuếch đại điện áp

10. Sơ đồ đo – khuếch đại điện tích

11. Cảm biến từ giảo • Hiệu ứng từ giảo: dưới tác động của từ trường, các chất sắt từ thay đổi tính chất hình học (kích thước hay thể tích), hoặc cơ học (hệ số Young). • Hiện tượng từ giảo nghịch: khi có ứng lực bên ngoài làm thay đổi kích thước mạng tinh thể, các hướng dễ từ hóa bị thay đổi, làm thay đổi định hướng của miền từ hóa và vách của chúng, nghĩa là làm thay đổi tính chất từ của vật liệu

12. Ứng lực – từ hóa

13. Cảm biến từ thẩm biến thiên • sự thay đổi từ thẫm μ dẫn đến sự thay đổi của độ tự cảm L

14. Cảm biến từ dư biến thiên • Phần tử cơ bản là lõi sắt (Ni) có từ dư Br • Tác dụng lực cần đo, Br thay đổi • K: hệ số tỉ lệ với số vòng và tiết diện dây • Dùng đo sự thay đổi ứng suất theo thời gian

15. Dựa trên phép đo độ dịch chuyển • Lực đặt trên vật trung gian gây nên sự thay đổi kích thước Δl của nó. • Sự thay đổi kích thước được đo bằng cảm biến dịch chuyển • Tỉ lệ giữa tín hiệu ra Vm và lực tác dụng: • Vm/Δl: tỉ số truyền đạt của cảm biến • Δl/F: độ mềm của vật trung gian

16. Cảm biến xúc giác • Tọa độ có vùng dòng điện tăng sẽ xác định vị trí. • Giá trị số của dòng xác định độ lớn của lực

17. Load-cell • Một kỹ thuật đo lực hiện nay thường được sử dụng rất phổ biến đó là load cell. • Load cell strain gage bao gồm một cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực và một mạng strain gage tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này. • Load cell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên chậm. • Độ chính xác thông thường của load cell thường khoảng 0.1% full scale. Có một số trường hợp load cell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của load cell.

18. Phân loại

19. Phương thức đo

20. Beam type load-cell

21. Ring type load cell