ما هو مستشعر القوة: مبدأ العمل والتطبيق أ

جرب أداة القضاء على المشاكل





هناك العديد من قوانين الفيزياء التي تستند إلى مفهوم القوة. القوة ، عند تطبيقها على جسم كتلته m ، فإنها تغير سرعة الجسم. هناك العديد من المفاهيم المتعلقة بالقوة مثل الدفع ، والسحب ، وعزم الدوران. عند تطبيقه على جسم ما ، فإن الدفع يزيد من سرعة الكائن ، في حين أن السحب يقلل السرعة ويولد عزم الدوران تغييرات في سرعة دوران الكائن. عندما يكون هناك توزيع متوازن للقوى في الجسم ، لا يمكن رؤية التسارع. مع التقدم التكنولوجي ، تم إدخال جهاز استشعار يمكن أن يساعد في مراقبة القوة ، والمعروف باسم Force Sensor.

ما هو مستشعر القوة؟

وجد السير فرانكلين إيفينتوف ، في سبعينيات القرن الماضي ، أن بعض المواد ، عندما تتعرض للقوة ، يمكنها تغيير قيم مقاومتها. عُرفت هذه المواد باسم مقاومات استشعار القوة. تُستخدم هذه المواد لإنتاج جهاز استشعار يمكنه قياس القوة. مستشعر القوة هو مستشعر يساعد في قياس مقدار القوة المطبقة على الجسم. من خلال ملاحظة مقدار التغيير في قيم المقاومة لمقاومات استشعار القوة ، يمكن حساب القوة المطبقة.




مستشعر القوة

مستشعر القوة

مبدأ العمل

مبدأ العمل العام لـ Force Sensors هو أنها تستجيب للقوة المطبقة وتحول القيمة إلى كمية قابلة للقياس. هناك أنواع مختلفة من أجهزة استشعار القوة المتوفرة في السوق بناءً على عناصر الاستشعار المختلفة. تم تصميم معظم مستشعرات القوة باستخدام مقاومات استشعار القوة. تتكون هذه المستشعرات من فيلم استشعار وأقطاب كهربائية.



يعتمد مبدأ عمل المقاوم الذي يستشعر القوة على خاصية 'مقاومة الاتصال'. تحتوي المقاومات التي تستشعر القوة على فيلم بوليمر موصل يغير مقاومته بطريقة يمكن التنبؤ بها عند تطبيق القوة على سطحه. يتكون هذا الفيلم من جسيمات موصلة كهربائياً وغير موصلة مرتبة في قالب ، بحجم ميكرومتر فرعي. عندما يتم تطبيق القوة على سطح هذا الفيلم ، فإن الجسيمات الدقيقة تلامس أقطاب المستشعر ، مما يغير مقاومة الفيلم. مقدار التغيير الناتج عن قيم المقاومة يعطي مقياسًا لمقدار القوة المطبقة.

لتحسين أداء مقاومات Force-Sensing ، يتم بذل العديد من الجهود من خلال العديد من الأساليب المختلفة مثل ، لتقليل انجراف البوليمر ، يتم اختبار تكوينات القطب المختلفة ، والاختبار باستخدام المستشعر عن طريق استبدال البوليمر بمواد جديدة مثل الأنابيب النانوية الكربونية ، إلخ….

تطبيقات مستشعر القوة

الاستخدام الرئيسي لمستشعر القوة هو قياس مقدار القوة المطبقة. هناك أنواع وأحجام مختلفة من أجهزة استشعار القوة المتاحة لأنواع مختلفة من التطبيقات. تتضمن بعض تطبيقات مستشعر القوة الذي يستخدم مقاومات استشعار القوة أزرار استشعار الضغط ، في الآلات الموسيقية ، مثل مستشعرات شغل السيارة ، في الأطراف الاصطناعية ، في أنظمة كبح القدم ، والواقع المعزز ، إلخ ....


أمثلة على مجسات القوة

هناك العديد من أنواع مجسات القوة المتاحة لأنواع مختلفة من التطبيقات. بعض الأمثلة على مجسات القوة خلايا التحميل ، خلايا تحميل هوائية ، خلايا تحميل سعوية ، خلايا تحميل مقياس الإجهاد ، خلايا تحميل هيدروليكية ، إلخ ...

إلى جانب مستشعرات القوة ، هناك أيضًا فئة من محولات الطاقة. الفرق الرئيسي بين مستشعر القوة ومحول الطاقة هو أن محول الطاقة يحول مقدار القوة المقاسة أو المطبقة إلى إشارة خرج جهد كهربائي صغير قابل للقياس. في حين أن إخراج مستشعر القوة ليس جهدًا كهربائيًا.

مزايا FSR

خلية تحميل مقياس الضغط عبارة عن مستشعر قوة بالإضافة إلى محول طاقة. عند مقارنتها بجميع مستشعرات القوة الأخرى ، توفر مستشعرات القوة مع مقاومات استشعار القوة مزايا مختلفة مثل الحجم الصغير والتكلفة المنخفضة ومقاومة الصدمات الجيدة. نظرًا لصغر حجمها ، يتم استخدامها في الإلكترونيات المحمولة وتعزيز التفاعل المحمول. العيب الرئيسي لهذه المجسات هو دقتها المنخفضة حيث تختلف قياساتها بنسبة 10٪.

تُعرف مستشعرات القوة المستندة إلى مقاومات استشعار القوة أيضًا باسم FSR. تستخدم مجسات FSR في أنظمة النقل لقياس مقدار الضغط المطبق على البضائع أثناء نقلها من مكان إلى آخر. يمكن تغيير أداء FSR عن طريق تغيير خصائص مقاومات استشعار القوة.

تتطلب مقاومات استشعار القوة واجهة صغيرة ويمكن أن تعمل في بيئات معادية بشكل معتدل. هنا يتم صياغة الجسيمات الصغيرة الموصلة وغير الموصلة لتقليل الاعتماد على درجة حرارة المستشعر ، وزيادة متانة سطح المستشعر وتحسين خصائصه الميكانيكية.

مع التقدم التكنولوجي ، تلعب أجهزة الاستشعار اليوم دورًا مهمًا في قياس الظواهر الفيزيائية المختلفة. يساعدنا حجمها الصغير ومتانتها العالية على استخدامها في الإلكترونيات المحمولة. اليوم، مجسات متوفرة لقياس الضغط والضغط ودرجة الحرارة واللون ، إلخ ... مقاومات استشعار القوة براءة اختراع في عام 1977. ما هي وحدة القوة في SI؟