כיצד פועל חיישן הכוח?

חיישני כוח פועלים על בסיס מגוון השפעות פיזיקליות הממירות את הכוח או הלחץ המופעל על החיישן לאותות חשמליים שניתן למדוד ולעבד. להלן מספר עיקרון פעולת חיישני כוח נפוצים:

עקרון מד מתח (עקרון מד מתח התנגדות):

זהו אחד העקרונות הנפוצים בחיישני כוח. מד מתח מורכב מרשת חיישן וכו' המשמשת למדידת מתח ובדרך כלל מחוברת לאלסטומר. כאשר האלסטומר מתעוות תחת פעולת כוח חיצוני, גם מד המתח מתעוות, וכתוצאה מכך שינוי ערך ההתנגדות שלו. שינוי זה בערך ההתנגדות הוא פרופורציונלי לכוח המתקבל, ועל ידי מדידת השינוי בערך ההתנגדות ניתן לחשב את הכוח המופעל על החיישן.

אפקט פיזואלקטרי:

כמה חומרים גבישיים (כגון קוורץ, קרמיקה פיזואלקטרית וכו') יוצרים מטענים חשמליים על פני השטח שלהם כשהם נתונים ללחץ, תופעה הנקראת אפקט פיזואלקטרי. חיישן הכוח הפיאזואלקטרי מבוסס על עיקרון זה. כאשר החיישן נתון לכוחות חיצוניים, החומר הפיזואלקטרי שבתוכו מתעוות, ויוצר מטען חשמלי, אשר בתורו יוצר אות מתח. אות מתח זה הוא פרופורציונלי לכוח המופעל, ועל ידי מדידת גודל אות המתח, ניתן לקבוע את הכוח המופעל על החיישן.

עקרון קיבולי:

חיישני כוח קיבולי משתמשים בשינויים בקיבולת הקבל כדי למדוד כוח. בתוך החיישן יש שתי לוחות היוצרות ביניהן קבל. כאשר החיישן נתון לכוח חיצוני, המרחק בין הלוחות או המדיום בין הלוחות משתנה, וכתוצאה מכך שינוי בקיבולת הקבל. שינוי זה בקיבול הוא פרופורציונלי לכוח המופעל, ועל ידי מדידת השינוי בקיבול, ניתן להסיק את הכוח המופעל על החיישן.

עקרון אינדוקציה אלקטרומגנטית:

למרות שהעיקרון של אינדוקציה אלקטרומגנטית נפוץ פחות בחיישני כוח מהקודם לעיל, הוא משמש גם ביישומים מסוימים. לדוגמה, ניתן להסיק את הכוח המופעל על מוליך על ידי מדידת הכוח האלקטרו-מוטיבי שנוצר על ידי מוליך הנע בשדה מגנטי.

עקרון חישת סיבים אופטיים:

עם התפתחות טכנולוגיית סיבים אופטיים, העיקרון של חישת סיבים אופטיים יושם גם בחיישני כוח. חיישני סיבים אופטיים משתמשים בסיב אופטי כאלמנט רגיש, ומחשבים את הכוח המופעל על החיישן על ידי מדידת השינוי של האות האופטי בסיב האופטי. לחיישן סיבים אופטיים יש את היתרונות של הפרעות אנטי אלקטרומגנטיות, עמידות בפני קורוזיה וכן הלאה, ויש לו יתרונות ייחודיים בכמה סביבות מיוחדות.

לסיכום, עקרונות העבודה של חיישני כוח מגוונים, ולכל עקרון יש את תרחישי היישום הייחודיים שלו ואת היתרונות והחסרונות שלו. ביישומים מעשיים, יש צורך לבחור את חיישן הכוח המתאים בהתאם לדרישות המדידה הספציפיות ולתנאי הסביבה.