חיישן כוח, המכונה גם חיישן תא עומס, תא מדידת דחיסה/מתיחה הוא סוג של מתמר כוח. הוא ממיר כוח מכני קלט כגון עומס, משקל, מתיחה, דחיסה או לחץ למשתנה פיזיקלי אחר. במקרה זה, הוא מומר לאות פלט חשמלי שניתן למדוד, להמיר ולתקן. ככל שהכוח המופעל על חיישן הכוח גדל, האות החשמלי משתנה באופן פרופורציונלי. קיים מגוון גדול של סוגי תאי עומס המבוססים על גודל, גיאומטריה וקיבולת.
מתמרי כוח הפכו למרכיב חיוני בתעשיות רבות מתחום הרכב (חיישני רכב או חיישני רכב); ייצור דיוק גבוה; תעופה וחלל והגנה; אוטומציה תעשייתית; רפואה ותרופות, ורובוטיקה, כאשר מדידה אמינה ודיוק גבוהה היא חשיבות עליונה.
כיצד פועל חיישן מדידת כוח?
ראשית, עלינו להבין את הפיסיקה ואת מדע החומר העומדים מאחורי עקרון העבודה של מדידת כוח
חיישן העומס/דחיסה/מתיחה, המכונה גם תא עומס הוא מוליך חשמלי המחובר בחוזקה לסרט בצורת זיגזג. כאשר הסרט הזה נמשך, הוא והמוליך המחובר נמתח ומתארך והתנגדותו החשמלית עולה.
כאשר חיישן העומס נדחף (פעולת דחיסה) , הוא מכווץ ומתקצר, והתנגדותו החשמלית יורדת.
כך שינוי צורה זה גורם לשינוי גם ההתנגדות במוליכים החשמליים של חיישן העומס.
ניתן לקבוע את הכוח (עומס/דחיסה/מתיחה) המופעל על תא העומס בהתבסס על עיקרון זה, שכן ההתנגדות של מד העומס גדלה עם המתיחה המופעלת ופוחתת עם התכווצות כתוצאה מהפעלת דחיסה.
מבחינה מבנית, תא עומס של חיישן כוח עשוי מגוף מתכת , בדרך כלל מאלומיניום או נירוסטה, מה שנותן לחיישן שני מאפיינים חשובים: (1) מספק את החוסן לעמוד בעומסים גבוהים ו-(2) בעל גמישות לעיוות מינימלית ולחזור לצורתו המקורית כאשר הכוח הוא הוסר.
כאשר מופעל כוח (מתיחה או דחיסה) על תא העומס, גוף המתכת פועל כ"קפיץ" והוא מעוות קלות, ואם הוא לא מועמס יתר על המידה, הוא חוזר לצורתו המקורית.
כאשר מופעל כוח (מתיחה או דחיסה) , חיישן העומס משנה גם את צורתו וכתוצאה מכך את ההתנגדות החשמלית שלו משתנה.
על ידי חיבורו של החיישן למעגל חשמלי Wheatstone Bridge' נוצר שינוי מתח חשמלי דיפרנציאלי שניתן למדידה .
השינוי במתח החשמלי הוא פרופורציונלי לכוח הפיזי המופעל על תא העומס.
את ערך הכוח הפיסי הנ"ל ניתן לחשב באמצעות הערך של המתח החשמלי הנ"ל שנמדד ממעגל תא העומס.
השינוי בפלט המתח החשמלי מכויל להיות פרופורציונלי ליניארי לכוח הניוטוני המופעל על תא העומס.
הפלט החשמלי הנ"ל מעובד על ידי מדי הכוח הדיגיטליים ומוצג על גבי התצוגה של מדי הכוח במגוון יחידות שניתנות לבחירה על ידי המפעיל.
לחלק ממדי הכוח יש אפשרות גם לשמור את נתוני מדידה הכוח בצורה רציפה ,במחזוריות שניתנת לקביעה על ידי המשתמש, בזיכרון הפנימי של מד הכוח ו/או להעבירם בתקשורת למחשב (אגירת נתונים).
מושג חשוב לגבי מתמרי כוח הוא רגישות ודיוק חיישני הכוח.
ניתן להגדיר את דיוק מד הכוח ככמות הכוח הקטנה ביותר שניתן להפעיל על גוף החיישן הנדרש כדי לגרום לשינוי ליניארי וניתן לחזור על עצמו .
ככל שהדיוק של תא העומס גבוה יותר, כך טוב יותר, מכיוון שהוא יכול ללכוד בעקביות שינויים בכוח רגישים מאוד.
ביישומים כמו אוטומציה במפעל דיוק גבוה, רובוטיקה כירורגית, תעופה וחלל, ליניאריות תאי עומס היא חשיבות עליונה.
מהם היתרונות של חיישנים מבוססי תא עומס (דחיסה/מתיחה)?
חיישני כוח מבוססי תא עומס/מתיחה הם הטכנולוגיה הנפוצה ביותר, לאור הדיוק הגבוה, האמינות לטווח ארוך, מגוון הצורות האפשריים בהשוואה לטכנולוגיות מדידה אחרות.
כמו כן, חיישני תא עומס/מתיחה מושפעים פחות שינויי טמפרטורה.
הדיוק הגבוה ביותר עשוי להתאים לסטנדרטים רבים מרובוטיקה כירורגית ועד תעופה וחלל;
בנייה חזקה עשויה מפלדת אל-חלד בחוזק גבוה או מאלומיניום ישמרו על ביצועים גבוהים לאורך זמן.
מגוון רחב של צורות גיאומטריות , כל אחת מהן מתאימה ליישומים שונים , כמו גם אפשרויות הרכבה עבור כל קנה מידה בכל מקום.
כיצד לבחור חיישני מדידת כוח עבור היישום שלך?
הבן את היישום שלך ומה אתה מודד. חיישני עומס שונים מחיישני לחץ או חיישני מומנט והם נועדו למדוד עומסי מתיחה ודחיסה.
הגדר את מאפייני ההרכבה של החיישן וההרכבה שלו.
הגדר את דרישות הקיבולת המינימלית והמקסימלית.
הגדר את דרישות הגודל והגיאומטריה שלך (רוחב, משקל, גובה, אורך וכו')
הגדר את סוג הפלט שהיישום שלך דורש :תצוגה דיגיטלית בלבד ? חיבור למחשב ? אגירת נתונים ? חיבור למערכת בקרה ?
