Jste zde

Senzory síly Honeywell

Antonín Vojáček, 27. Květen 2005 - 12:49

Firma Honeywell vyrábí malý senzory pro měření síly v miniaturních pouzdrech do desek plošných spojů. Senzor charakterizuje jednoduché zapojení a napěťový výstup závislým na působící síle. Stručný přehled je v tomto článku....

V produkci senzorů firmy Honeywell figurují na trhu zajímavé součástky - senzory síly s označením řady FSx. Jde o odporové senzory jejichž odpor se mění lineárně s působící sílou a ní pak i výstupní napětí senzoru. Provedení je ve formě integrovaných součástek do desek plošných spojů. Všechny senzory na první pohled charakterizují malé rozměry, pouzdro pro vrtané plošné spoje nebo SMD, a jednoduché zapojení. V následující článku vybírám senzory síly z nabídky distributora firmy Distrelec, která poskytuje maloobchodní prodej již od 1 kusu.

Použití

Přesná měření působící síly
Měření zatížení určité plochy
Lékařské infuzní pumpy, zařízení pro dialízu ledvin
Měření hmotnosti
Měření stisku
řízení a měření napínání
Robotika - řízení síly stisku mechanických čelistí apod.
Měření mechanického kontaktu
atd.

Senzor FSG - MICRO SWITCH Force Sensors

Všechny odporové senzory síly řady FSx pracují na principu změny odporu vnitřního, v křemíku implantovaného, piezorezistoru, pričemž s rozstoucí působící silou, rozste i odpor. Principielně je tento rezistor zapojen do vniřního nekompenzovaného Wheatstone odporového můstku, který převádí změnu odporu na změnu výstupního napětí.

Konkrétně senzor FSG má vyveden nerezovou ocelovou plochu přímo spojenou s uvedeným piezorezistorem. Venkovní působící síla je tedy přenášena na senzor v podobě tlaku na kulatou plošku senzoru (viz. foto senzoru).

Základní parametry senzor:

Rozsah měření síly: 0 až 1500 gramů
Maximální tlakové zatížení: 5500 g
Buzení senzoru: napětím +10 V nebo proudem 150 mA
Citlivost: 0.12 mV / g
Linearita: 0.12 % z rozsahu
Chyba opakovatelnosti: 0.2%
Průžná deformace při působící síle: typ. 300 mikrónů
Odezva: 1ms
Vstupní odpor: 5 kOhm
Výstupní odpor: 5 kOhm
Pracovní teplota: -40°C až +85 °C
Pouzdro do vrtaného plošného spoje

Blokové vnitřní zapojení senzoru v podobě odporového můstku s čísly vývodů senzoru.

Senzor FSS - Low Profile Force Sensors

Senzor FSS, vhodný pro široké komerční využití, má kontakt okolí s vnitřním křemíkovým piezorezistorem prostřednictvím nerezové ocelové kuličky (viz. foto senzoru). Venkovní působící síla na kuličku způsobí změnu vnitřního odporu piezorezistoru a tím i změnu výstupního napětí v řádu mV. Provedení s kuličkou neumožňuje tak přesná měření jako senzor řady FSG s vyvedebou rovnou ploškou (viz. parametry). Popis výstupních pinů senzoru, který je v provedení pro SMD, je na dalším obrázku.

Základní parametry senzor:

Rozsah měření síly: 0 až 1500 gramů
Maximální zatížení: 4500 g
Buzení senzoru: napětím +10 V nebo proudem 150 mA
Citlivost: 0.24 mV / g
Chyba citlivosti: 5.5 %
Linearita: 1.5 % z rozsahu
Chyba opakovatelnosti: 10g při zatížení 300g
Průžná deformace při působící síle: typ. 300 mikronů
Odezva: 1ms
Vstupní odpor: 5 kOhm
Výstupní odpor: 5 kOhm
Pracovní teplota: -40°C až +85 °C
Pouzdro SMD

Blokové vnitřní zapojení senzoru v podobě odporového můstku s čísly vývodů senzoru.

Obvody pro vyhodnocení výstupu senzorů

Výše popsané senzory síly produkují změnu napětí v řádu desetin a jednotek mV, a proto je nutné použít napěťový stejnosměrný zesilovač pro zesílení signálu před dalším zpracováním nebo přenosem po delším vedení. Na obrázku 1. je příklad jednoduchého zapojení používající klasické zapojení rozdílového zesilovače. Jako operační zesilovač lze například vhodný LM108. Pro řízení zesílení je vhodné měnit odpor rezistorů R3 a R4.

Obr. 1. Základní zapojení senzoru a klasického rozdílového zesilovače (detail)

Na obrázku 2. je složitější řešení v podobě jistě známého přístrojového zesilovače se 4 operačními zesilovači (OZ). Hlavní výhodou tohoto řešení je větší odolnost proti souhlasnému napětí na vstupu zesilovače. OZ na výstupu má jednotkové zesílení a slouží pouze jako sumátor/sčítačka. Podle doporučení by se němělo používat zesílení větší než 250. Pro měření absolutní síly, ne relativní, je nutné prohodit zapojení svorek senzoru 2 a 4. Napětím VN je možné přesně nastavit výstupní napětí pro nejměnší měřenou působící sílu.

Obr. 2. Zapojení senzoru se známým přístrojovým zesilovačem (detail)

Závěr

V tomto článku jsem stručně uvedl některé senzory síly firmy Honeywell tak, jak je ve své nabídce-katalogu obsahuje firma Distrelec. Cílem článku bylo upozornit na existenci součástek vhodné pro řešení zařízení a postupů pro měření a regulaci působící síly a zatížení. Pro bližší informace navštivte stránky výrobce.