یکی از انواع سنسورهای اندازه گیری نیرو سنسور هایی است که بر پایه پیزو الکتریک ساخته شده اند. در این مقاله سعی بر این داریم تا اجمالا توضیحاتی در مورد آن ارائه نمائیم.

کریستال پیزو الکتریک:

برای درک عملکرد پیزو الکتریک، باید نگاهی به داخل کریستال آن داشته باشیم.

مواد پیزو الکتریک بر اثر استرس های مکانیکی تولید بار الکتریکی می کنند. اصول عملکرد ساده است: بار الکتریکی تولید شده متناسب است با استرس مکانیکی اعمال شده به پیزو. حال با استفاده از یک مدار الکترونیکی این ولتاژ پایین تولید شده را به یکی از مدل های قابل استفاده در صنعت مانندسیگنال 0 تا 10 ولت تبدیل می کنیم

molecular crystal lattice of piezoelectric crystal

طراحی و عملکرد ترنسدیوسر های نیرو بر پایه پیزو الکتریک:

 رابطه بین تنش مکانیکی اعمال شده به کریستال و تغییر شارژ متناسب است. به عبارت دیگر، استرس بیشتر ، شارژ. بیشتر این اصل در تکنیک اندازه گیری نیروی پیزوالکتریک مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، برای اینکه کریستال تبدیل به یک مبدل شود، چیزی بیشتر نیاز دارد. سیگنال خروجی به اندازه سنسور بستگی ندارد و این یک مزیت خاص است.

به عنوان یک قاعده، یک سنسور حاوی دو عنصر کریستالی است. الکترود بین این کریستال ها قرار دارد. این الکترود بر لبه های جانبی دو طرف کریستال قرار می گیرد. یک کابل الکترود را به تقویت کننده شار وصل می کند. علاوه بر این، دیسک های کریستالی در یک محفظه فلزی قرار گرفته اند. این نه تنها کریستال ها را محافظت می کند، بلکه نقطه دوم تماس با آنها را نیز فراهم می کند، همانطور که به تقویت کننده شارژ از طریق سپر کابل متصل است.

لازم است تماس بسیار خوبی بین کریستال ها و الکترود و بین کریستال ها و محفظه ها وجود داشته باشد. بنابراین مواد باید دارای سطوح با کیفیت بالا و دقیقباشند. فقط زمانی می توان به شارژ الکتریکی دست یافت که سطوح تماس خوب طراحی شده باشند.

 ویژگی های سنسور های پیزو الکتریک:

ویژگی خاص مبدل های نیروی پیزوالکتریک این است که آنها دامنه های اندازه گیری بسیار بزرگ را پوشش می دهند. به عبارت دیگر، سنسور یکسان را می توان برای اندازه گیری نیروهای بسیار کوچک و بسیار بزرگ استفاده کرد. بنابراین، مبدل های نیروی پیزوالکتریک بسیار انعطاف پذیر هستند و در اندازه کوچک فقط چند میلی متر ضخامت دارند. به علت استحکام بالا آنها تغییر شکل آنها تحت بار ناچیز است.

 نکته جالب توجه در مورد سنسور های پیزو دریفت بالا در بارهای پایین و دریفت پایین در بارهای بالا می باشد. به نمودارهای زیر توجه کنید: