Kraftavkännande kondensator

En kraftavkännande kondensator är ett material vars kapacitans ändras när en kraft , tryck eller mekanisk påkänning appliceras. De är också kända som "kraftkänsliga kondensatorer". De kan ge förbättrad känslighet och repeterbarhet jämfört med kraftkänsliga motstånd men krävde traditionellt mer komplicerad elektronik.

Funktionsprincip

Typiska kraftkänsliga kondensatorer är exempel på kondensatorer med parallella plattor . För små avböjningar finns det ett linjärt samband mellan applicerad kraft och förändring i kapacitans, vilket kan visas enligt följande:

Kapacitansen, $C$ , är lika med $\varepsilon A/d$ , där $\varepsilon$ är permeabilitet , $A$ är sensorns yta och $d$ är avståndet mellan parallella plattor. Om materialet är linjärt elastiskt (så följer Hooks Law ), så är förskjutningen, på grund av en applicerad kraft ${\displaystyle F} ,$$x=F/k$ , där $k$ är fjäderkonstanten . Att kombinera dessa ekvationer ger kapacitansen efter en applicerad kraft som:

$C=\varepsilon A/(d_{nominell}-F/k)$ , där ${ \displaystyle d_{nominell}}$ är separationen mellan parallella plattor när ingen kraft appliceras.

Detta kan arrangeras om till:

$C=(\varepsilon Ad_{nominell} +\varepsilon AF/k)/(d_{nominell}^{2}-F^{2}/k^{2})$

Om vi ​​antar att ${\displaystyle d_{nominell}^{2}>>F^{2}/k^{2}} ,$ vilket är sant för små deformationer där $d_{nominell}>>x$ , kan vi förenkla detta till:

C $\simeq (\varepsilon Ad_{nominell}+\varepsilon AF/k )/(d_{nominell}^{2})$

Det följer att:

C $\simeq C_{nominell}+\varepsilon AF/kd_{nominell}^{2}$

C $\simeq C_{nominell}+BF$ där $B=\epsilon A/kd^{2}$ , vilket är konstant för en given sensor.

Vi kan uttrycka förändringen i kapacitansen $\Delta C$ som:

$\Delta C=BF$

Produktion

      SingleTact tillverkar kraftkänsliga kondensatorer som använder gjutet kisel mellan två lager av polyimid för att konstruera en 0,35 mm tjock sensor, med kraftintervall från 1 N till 450 N. 8 mm SingleTact har en nominell kapacitans på 75 pF, som ökar med 2,2 pF när nominell kraft appliceras. Den kan monteras på många ytor för direkt kraftmätning.

Används

Kraftavkännande kondensatorer kan användas för att skapa kraftkänsliga knappar med låg profil. De har använts vid medicinsk bildbehandling för att kartlägga tryck i matstrupen och för att avbilda bröst- och prostatacancer.