I.NGUYÊN LÝ ĐO LỰC

• Biến dạng và lực gây biến dạng có thể đo trực tiếp

bằng cảm biến biến dạng hoặc đo gián tiếp nếu một

trong những tính chất điện của vật liệu chế tạo vật

trung gian phu thuộc vào biến dạng

• Ta có thể xác định một lực bằng cách cân bằng nó

với một lực đã biết.

• Theo công thức xác định trọng lực củ một vật trong

trọng trường của trái đất:

P = M.g



II. Một Số Loại Cảm Biến Đo Lực

1.Cảm biến áp điện

a.Cấu tạo

Phần tử cơ bản của một cảm biến áp điện có cấu tạo tương tự một tụ

điện được chế tạo bằng cách phủ hai bản cực lên hai mặt đối diện của một

phiến vật liệu áp điện mỏng.

Vật lệu áp đện thường dùng là thạch anh và vật liệu gốm (ví dụ BaTiO3,

PZT [Pb(TiZn)O3] )



Bảng 1: Đặc trưng vật lý của một số vật liệu áp điện

Vật liệu



Độ thẩm

thấu



Điện trở

suất(Ω.m)



Modun

young(109

N.m-2 )



ứng lực

cực

đại(107

N.m-2 )



Nhiệt độ

làm việc

Tmax(oc)



Thạch anh



ε11=4,5



1012



Y11=80



10



550



Muối

seignette



ε11=350



>1010



Y11=30



1,4



45



L.H.



Ε11=5,6



>1010



46



1,5



75



PZT5A



Ε11=1.70

0



1011



Y33=53



7-8



365



Y22=30



b. Nguyên lý hoạt động

Cảm biến áp điện hoạt động dựa trên

nguyên lý của hiệu ứng áp điện.

Dưới tác dụng của lực cơ học, tấm áp

điện bị biến dạng, làm xuất hiện trên hai

bản cực các điện tích trái dấu.hiệu điện

thế xuất hiện trên hai bản cực tỉ lệ với lực

tác dụng.



Hình 1: Cảm biến áp điện loại KPUS-40T-9R-02



• Các biến dạng cơ bản của bản áp điện.



Hình 2: các dạng biến dạng cơ bản.

a) Theo chiều dọc b) theo chiều ngang

c) cắt theo bề dày d) cắt theo bề mặt



• Trong nhiều trường hợp các bản áp điện được ghép

thành bộ theo cách ghép nối tiếp hoặc song song.



Hình 3: Cách ghép các phần tử điện áp.

a. 2 phần tử song song. b. 2 phần tử nói tiếp. c. Nhiều phần tử song song



• Trong trường hợp ghép song song hai bản áp điện

(hình 3.a), điện dung của cảm biến tăng gấp đôi so

với trường hợp một bản áp điện.Khi ghép nối tiếp

(hình 6.2b) điện áp hở mạch và trở kháng trong tăng

gấp đôi nhưng điện dung giảm xuống còn một nữa.

• Những nguyên tắc trên áp dụng cho cả trường hợp

ghép nhiều bản áp điện với nhau như biểu diễn trên

hình 3.c



2.Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm

• a. Cấu tạo



Các tấm đế



Đầu nối dây



b. Nguyên lý:



• Khi có một lực nén tác dụng lên bề mặt,những

đĩathạch sẽ cong và làm thay đổi tỷ lệ điện tích áp

điện trên thạch anh việc thay đổi này tỷ lệ với lực

nén được tác dụng.

•Bộ khuyết đại tín hiệu sẽ nhận biết mức độ thay

đổi điện tích và chuyển đổi tín hiệu điện áp theo tỷ lệ

tín hiệu đầu vào, đồng thời truyền tín hiệu này đến

bộ xử lý. Tín hiệu được xử lý dưới dạng xung và

tương ứng với lực nén tác dụng lên bề mặt