Jõu kontseptsioonil põhinevaid füüsikaseadusi on palju. Jõu, rakendades massi m objektile, muudab objekti kiirust. Jõuga on seotud palju mõisteid nagu tõukejõud, tõmme ja pöördemoment. Objektile rakendades suurendab tõukejõud objekti kiirust, lohistamine aga kiirust ja pöördemoment muudab objekti pöörlemiskiirust. Kui objektil on jõudude tasakaalustatud jaotumine, pole kiirendust näha. Tehnoloogia edenedes võetakse kasutusele andur, mis aitab jõudu jälgida, tuntud kui jõuandur.
Mis on jõuandur?
Sir Franklin Eventoff leidis 1970. aastatel, et mõned materjalid, mis jõu mõjul võivad oma vastupanuväärtusi muuta. Need materjalid olid tuntud kui jõutundlikud takistid. Neid materjale kasutatakse jõu mõõtmiseks võimsa anduri tootmiseks. Jõuandur on andur, mis aitab mõõta objektile rakendatud jõu hulka. Jälgides jõutundlike takistite takistuse väärtuste muutuse suurust, saab arvutada rakendatud jõu.
Jõuandur
Tööpõhimõte
Jõuandurite üldine tööpõhimõte on see, et nad reageerivad rakendatud jõule ja muudavad väärtuse mõõdetavaks suuruseks. Turul on saadaval mitmesuguseid jõuandureid, mis põhinevad erinevatel sensori elementidel. Enamik jõuandureid on konstrueeritud jõuandurite abil. Need andurid koosnevad sensoorsest kilest ja elektroodidest.
Jõutundliku takisti tööpõhimõte põhineb omadusel ‘Kontaktresistentsus’. Jõutundlikud takistid sisaldavad juhtivat polümeerkilet, mis muudab selle pinnale jõu rakendamisel oma takistust ettearvataval viisil. See kile koosneb alamikromeetritest suurustest elektrit juhtivatest ja mittejuhtivatest osakestest, mis on paigutatud maatriksisse. Kui selle kile pinnale rakendatakse jõudu, puudutab mikrosiseeritud osake anduri elektroode, muutes kile takistust. Takistuse väärtuste muutuste summa annab rakendatud jõu suuruse mõõtmise.
Jõutundlike takistite jõudluse parandamiseks tehakse mitmeid erinevaid lähenemisviise, näiteks polümeeri triivi minimeerimiseks katsetatakse mitmesuguseid elektroodide konfiguratsioone, katsetatakse anduriga, asendades polümeeri uute materjalidega, näiteks süsiniku nanotorudega, jne….
Jõuanduri rakendused
Jõuanduri peamine kasutusala on rakendatud jõu suuruse mõõtmine. Erinevat tüüpi rakenduste jaoks on saadaval erinevat tüüpi ja suurusega jõuandureid. Mõned jõuandureid kasutavaid jõuanduri rakendusi hõlmavad rõhutundlikke nuppe muusikariistades, auto hõiveanduritena, kunstjäsemetes, jalgade pronatsioonisüsteemides, liitreaalsuses jne.
Jõuandurite näited
Erinevat tüüpi rakenduste jaoks on saadaval mitut tüüpi jõuandureid. Mõned jõuandurite näited on Koormuselemendid , pneumaatilised koormusandurid, mahtuvuslikud koormusandurid, koormusmõõturi koormusandurid, hüdraulilised koormuselemendid jne
Lisaks jõuanduritele on olemas ka jõuandurite kategooria. Jõuanduri ja jõuanduri peamine erinevus seisneb selles, et muundur muundab mõõdetud või rakendatud jõu suuruse mõõdetavaks väikeseks elektrilise pinge väljundsignaaliks. Kusjuures jõuanduri väljund ei ole elektriline pinge.
FSR eelised
Tüvemõõturi koormusandur on nii jõuandur kui ka jõuandur. Kõigi teiste jõuanduritega võrreldes pakuvad jõuandurid koos jõuanduritega mitmesuguseid eeliseid, nagu väike suurus, madal hind ja hea löögikindlus. Väikese suuruse tõttu kasutatakse neid kaasaskantavas elektroonikas ja täiustatud mobiilses suhtluses. Nende andurite peamine puudus on nende väike täpsus, kuna nende mõõtmised erinevad 10%.
Jõutundlikud takistid põhinevad jõuandurid on tuntud ka kui FSR. FSR-andureid kasutatakse transpordisüsteemides, et mõõta kaubale avaldatava stressi hulka, transportides neid ühest kohast teise. FSR-i toimimist saab muuta Jõutundlike takistite omaduste muutmisega.
Jõutundlikud takistid vajavad väikest liidest ja võivad töötada mõõdukalt vaenulikes keskkondades. Siin koostatakse väikesed juhtivad ja mittejuhtivad osakesed, et vähendada anduri sõltuvust temperatuurist, suurendada sensori pinna vastupidavust ja parandada selle mehaanilisi omadusi.
Tehnoloogia arenguga mängivad andurid tänapäeval olulist rolli erinevate füüsikaliste nähtuste mõõtmisel. Nende väike suurus, kõrge vastupidavus aitab meil neid kasutada kaasaskantavas elektroonikas. Täna andurid on saadaval stressi, rõhu, temperatuuri, värvi jms mõõtmiseks jõutundlikud takistid patenteeriti 1977. Mis on jõuühik SI-s?
