Com funciona el sensor de força?

Els sensors de força funcionen en funció d'una varietat d'efectes físics que converteixen la força o pressió aplicada al sensor en senyals elèctrics que es poden mesurar i processar. Els següents són diversos principis de funcionament comuns dels sensors de força:

Principi d'extensió (principi de resistència):

Aquest és un dels principis utilitzats habitualment en sensors de força. Un extensòmetre consisteix en una reixeta de sensors, etc. que s'utilitza per mesurar la tensió i que normalment s'adjunta a un elastòmer. Quan l'elastòmer es deforma sota l'acció de la força externa, l'extensòmetre també es deforma, donant lloc a un canvi del seu valor de resistència. Aquest canvi en el valor de la resistència és proporcional a la força rebuda i, mesurant el canvi en el valor de la resistència, es pot calcular la força aplicada al sensor.

Efecte piezoelèctric:

Alguns materials cristal·lins (com el quars, la ceràmica piezoelèctrica, etc.) generen càrregues elèctriques a les seves superfícies quan se sotmeten a pressió, un fenomen anomenat efecte piezoelèctric. El sensor de força piezoelèctric es basa en aquest principi. Quan el sensor està sotmès a forces externes, el material piezoelèctric que hi ha al seu interior es deforma, generant una càrrega elèctrica, que al seu torn genera un senyal de tensió. Aquest senyal de tensió és proporcional a la força aplicada i, mesurant la magnitud del senyal de tensió, es pot determinar la força aplicada al sensor.

Principi capacitiu:

Els sensors de força capacitius utilitzen els canvis en la capacitat del condensador per mesurar la força. Dins del sensor hi ha dues plaques que formen un condensador entre elles. Quan el sensor està sotmès a força externa, la distància entre les plaques o el medi entre les plaques canvia, donant lloc a un canvi en la capacitat del condensador. Aquest canvi de capacitat és proporcional a la força aplicada i, mesurant el canvi de capacitat, es pot deduir la força aplicada al sensor.

Principi d'inducció electromagnètica:

Tot i que el principi d'inducció electromagnètica és menys comú en els sensors de força que l'anterior, també s'utilitza en algunes aplicacions específiques. Per exemple, la força exercida sobre un conductor es pot deduir mesurant la força electromotriu generada per un conductor que es mou en un camp magnètic.

Principi de detecció de fibra òptica:

Amb el desenvolupament de la tecnologia de fibra òptica, el principi de detecció de fibra òptica també s'ha aplicat als sensors de força. Els sensors de fibra òptica utilitzen fibra òptica com a element sensible i calculen la força exercida sobre el sensor mesurant el canvi del senyal òptic a la fibra òptica. El sensor de fibra òptica té els avantatges de la interferència antielectromagnètica, la resistència a la corrosió, etc., i té avantatges únics en alguns entorns especials.

En resum, els principis de funcionament dels sensors de força són variats i cada principi té els seus escenaris d'aplicació únics i els seus avantatges i desavantatges. En aplicacions pràctiques, cal seleccionar el sensor de força adequat segons els requisits específics de mesura i les condicions ambientals.