Hi ha moltes lleis de la física que es basen en el concepte de força. La força, quan s’aplica sobre un objecte de massa m, canvia la velocitat de l’objecte. Hi ha molts conceptes relacionats amb la força com ara empenta, arrossegament i parell. Quan s’aplica sobre un objecte, l’empenta augmenta la velocitat de l’objecte, mentre que Drag arrossega la velocitat i el parell genera canvis en la velocitat de rotació de l’objecte. Quan hi ha una distribució equilibrada de forces en l'objecte, no es pot veure cap acceleració. Amb l'avanç de la tecnologia, s'introdueix un sensor que pot ajudar a controlar la força, conegut com a sensor de força.
Què és un sensor de força?
Sir Franklin Eventoff, als anys setanta, va trobar que alguns materials, en ser sotmesos a la força, poden canviar els seus valors de resistència. Aquests materials es coneixien com a resistències de detecció de força. Aquests materials s’utilitzen per produir un sensor que pot mesurar la força. Un sensor de força és un sensor que ajuda a mesurar la quantitat de força aplicada a un objecte. En observar la quantitat de canvi en els valors de resistència de les resistències de detecció de força, es pot calcular la força aplicada.
Sensor de força
Principi de funcionament
El principi general de funcionament dels sensors de força és que responen a la força aplicada i converteixen el valor en una quantitat mesurable. Hi ha diversos tipus de sensors de força disponibles al mercat basats en diversos elements de detecció. La majoria dels sensors de força estan dissenyats amb resistències de detecció de força. Aquests sensors consisteixen en una pel·lícula de detecció i elèctrodes.
El principi de funcionament d’una resistència de detecció de força es basa en la propietat de 'Resistència de contacte'. Les resistències de detecció de força contenen una pel·lícula de polímer conductor que canvia la seva resistència d’una manera previsible quan s’aplica força a la seva superfície. Aquesta pel·lícula consisteix en partícules de mida sub-micromètrica, conductores elèctricament i no conductores, disposades en una matriu. Quan s'aplica força a la superfície d'aquesta pel·lícula, la partícula micrositzada toca els elèctrodes del sensor, canviant la resistència de la pel·lícula. La quantitat de canvi causada als valors de resistència dóna la mesura de la força aplicada.
Per millorar el rendiment de les resistències de detecció de força, s’estan fent diversos esforços amb múltiples enfocaments diferents, com ara, per minimitzar la deriva del polímer, s’estan provant diverses configuracions d’elèctrodes, provant amb el sensor substituint el polímer per nous materials com nanotubs de carboni etc ...
Aplicacions del sensor de força
L’ús principal del sensor de força és mesurar la quantitat de força aplicada. Hi ha diversos tipus i mides de sensors de força disponibles per a diferents tipus d'aplicacions. Algunes de les aplicacions del sensor de força que utilitzen resistències de detecció de força inclouen botons de detecció de pressió, en instruments musicals, com a sensors d’ocupació de vehicles, en extremitats artificials, en sistemes de pronació del peu, realitat augmentada, etc.
Exemples de sensors de força
Hi ha molts tipus de sensors de força disponibles per a diferents tipus d'aplicacions. Alguns dels exemples de sensors de força són Cèl·lules de càrrega , cèl·lules de càrrega pneumàtiques, cèl·lules de càrrega capacitives, cèl·lules de càrrega de tensió, cèl·lules de càrrega hidràuliques, etc.
A més dels sensors de força, també hi ha una categoria de transductors de força. La principal diferència entre un sensor de força i un transductor de força és que el transductor converteix la quantitat de força mesurada o aplicada en un senyal de sortida de voltatge elèctric petit mesurable. Mentre que la sortida d’un sensor de força no és una tensió elèctrica.
Avantatges de la FSR
La cèl·lula de càrrega de la tensió és un sensor de força i un transductor de força. En comparació amb la resta de sensors de força, els sensors de força amb resistències de detecció de força ofereixen diversos avantatges, com ara petites dimensions, baix cost i bona resistència als cops. A causa de la seva petita mida, s’utilitzen en electrònica portàtil i en una interacció mòbil millorada. El principal desavantatge d’aquests sensors és la seva poca precisió, ja que les seves mesures difereixen un 10%.
Els sensors de força basats en resistències de detecció de força també es coneixen com a FSR. Els sensors FSR s’utilitzen en sistemes de transport per mesurar la quantitat d’estrès aplicada a les mercaderies mentre es transporten d’un lloc a un altre. El funcionament del FSR es pot canviar canviant les propietats de les resistències de detecció de força.
Les resistències que detecten la força requereixen una interfície petita i poden funcionar en entorns moderadament hostils. Aquí les petites partícules conductores i no conductores es formulen per reduir la dependència de la temperatura del sensor, augmentar la durabilitat de la superfície del sensor i millorar les seves propietats mecàniques.
Amb l’avenç tecnològic, els sensors tenen un paper crucial en la mesura de diversos fenòmens físics. La seva petita mida i alta durabilitat ens ajuden a utilitzar-los en electrònica portàtil. Avui, sensors estan disponibles per mesurar tensions, pressió, temperatura, color, etc ... resistències de detecció de força es van patentar el 1977. Quina és la unitat de força a SI?
