Er zijn veel natuurkundige wetten die zijn gebaseerd op het concept van kracht. Kracht die wordt uitgeoefend op een object met massa m, verandert de snelheid van het object. Er zijn veel concepten die verband houden met kracht, zoals stuwkracht, weerstand en koppel. Wanneer stuwkracht op een object wordt toegepast, verhoogt de stuwkracht de snelheid van het object, terwijl Drag de snelheid verlaagt en Torque veranderingen in de rotatiesnelheid van het object genereert. Als er een evenwichtige krachtverdeling in het object is, is er geen versnelling te zien. Met de vooruitgang in de technologie wordt een sensor geïntroduceerd die kan helpen om kracht te bewaken, bekend als Force Sensor.
Wat is een krachtsensor?
Sir Franklin Eventoff ontdekte in de jaren zeventig dat sommige materialen, wanneer ze aan geweld worden blootgesteld, hun weerstandswaarden kunnen veranderen. Deze materialen stonden bekend als krachtgevoelige weerstanden. Deze materialen worden gebruikt om een sensor te maken die de kracht kan meten. Een krachtsensor is een sensor die helpt bij het meten van de hoeveelheid kracht die op een object wordt uitgeoefend. Door de hoeveelheid verandering in de weerstandswaarden van krachtgevoelige weerstanden te observeren, kan de uitgeoefende kracht worden berekend.
Krachtsensor
Werkend principe
Het algemene werkingsprincipe van Krachtsensoren is dat ze reageren op de uitgeoefende kracht en de waarde omzetten in een meetbare grootheid. Er zijn verschillende soorten krachtsensoren op de markt op basis van verschillende sensorelementen. De meeste krachtsensoren zijn ontworpen met krachtgevoelige weerstanden. Deze sensoren bestaan uit een detectiefilm en elektroden.
Het werkingsprincipe van een krachtgevoelige weerstand is gebaseerd op de eigenschap van ‘Contactweerstand’. Krachtgevoelige weerstanden bevatten een geleidende polymeerfilm die de weerstand op een voorspelbare manier verandert wanneer er kracht op wordt uitgeoefend. Deze film bestaat uit sub-micrometer grote, elektrisch geleidende en niet-geleidende deeltjes gerangschikt in een matrix. Wanneer er kracht wordt uitgeoefend op het oppervlak van deze film, raakt het microgrote deeltje de sensorelektroden, waardoor de weerstand van de film verandert. De hoeveelheid verandering die wordt veroorzaakt aan de weerstandswaarden geeft de maatstaf voor de hoeveelheid uitgeoefende kracht.
Om de prestaties van de Force-Sensing-weerstanden te verbeteren, worden er verschillende inspanningen geleverd met meerdere verschillende benaderingen, zoals, om de drift van polymeer te minimaliseren, worden verschillende elektrodeconfiguraties getest, testen met sensor door het polymeer te vervangen door nieuwe materialen zoals koolstofnanobuisjes, enz….
Toepassingen van krachtsensor
Het belangrijkste gebruik van de krachtsensor is om de hoeveelheid uitgeoefende kracht te meten. Er zijn verschillende soorten en maten krachtsensoren beschikbaar voor verschillende soorten toepassingen. Enkele van de toepassingen van Krachtsensor die krachtgevoelige weerstanden gebruikt, zijn onder meer drukgevoelige knoppen, in muziekinstrumenten, als auto-bezettingssensoren, in kunstmatige ledematen, in voetpronatiesystemen, augmented reality, enz….
Voorbeelden van krachtsensoren
Er zijn veel soorten krachtsensoren beschikbaar voor verschillende soorten toepassingen. Enkele voorbeelden van krachtsensoren zijn Laad cellen , pneumatische loadcellen, capacitieve loadcellen, rekstrookjes, hydraulische loadcellen, enz ...
Naast krachtsensoren is er ook een categorie Krachttransducers. Het belangrijkste verschil tussen een krachtsensor en krachttransducer is dat de transducer de hoeveelheid gemeten of toegepaste kracht omzet in een meetbaar klein elektrisch spanningsuitgangssignaal. Terwijl de output van een krachtsensor geen elektrische spanning is.
Voordelen van FSR
De spanningsmeter is zowel een krachtsensor als een krachttransducer. In vergelijking met alle andere krachtsensoren bieden de krachtsensoren met krachtgevoelige weerstanden verschillende voordelen, zoals kleine afmetingen, lage kosten en goede schokbestendigheid. Vanwege hun kleine formaat worden ze gebruikt in draagbare elektronica en verbeterde mobiele interactie. Het grootste nadeel van deze sensoren is hun lage precisie, aangezien hun metingen 10% verschillen.
Krachtsensoren op weerstanden gebaseerde krachtsensoren zijn ook bekend als FSR. FSR-sensoren worden gebruikt in transportsystemen om de hoeveelheid spanning te meten die op de goederen wordt uitgeoefend tijdens het transport van de ene plaats naar de andere. De werking van de FSR kan worden gewijzigd door de eigenschappen van de krachtgevoelige weerstanden te wijzigen.
Krachtgevoelige weerstanden vereisen een kleine interface en kunnen werken in gematigd vijandige omgevingen. Hier zijn de kleine geleidende en niet-geleidende deeltjes geformuleerd om de temperatuurafhankelijkheid van de sensor te verminderen, de duurzaamheid van het sensoroppervlak te vergroten en de mechanische eigenschappen ervan te verbeteren.
Met de technologische vooruitgang spelen sensoren tegenwoordig een cruciale rol bij het meten van verschillende fysische verschijnselen. Hun kleine formaat, hoge duurzaamheid helpt ons ze te gebruiken in draagbare elektronica. Vandaag, sensoren zijn beschikbaar voor het meten van spanning, druk, temperatuur, kleur, enz… De krachtgevoelige weerstanden werden gepatenteerd in 1977. Wat is de eenheid van Kracht in SI?
