Kondenzátor snímající sílu - Force-sensing capacitor

A kondenzátor snímající sílu je materiál, jehož kapacita se změní, když a platnost, tlak nebo mechanické stres je použito. Jsou také známé jako „silově citlivé kondenzátory“. Ve srovnání s nimi mohou poskytnout lepší citlivost a opakovatelnost silově citlivé rezistory^[1] ale tradičně vyžadovala složitější elektroniku.^[2]

Princip činnosti

Typické silově citlivé kondenzátory jsou příklady paralelní desky kondenzátory. U malých výchylek existuje lineární vztah mezi aplikovanou silou a změnou kapacity, který lze ukázat následovně:

Kapacita, ${ displaystyle C}$, rovná se ${ displaystyle varepsilon A / d}$, kde ${ displaystyle varepsilon}$ je propustnost, ${ displaystyle A}$ je plocha snímače a ${ displaystyle d}$ je vzdálenost mezi rovnoběžnými deskami. Pokud je materiál lineárně elastický (tak následuje Zákon o hácích ), pak posun v důsledku použité síly ${ displaystyle F}$, je ${ displaystyle x = F / k}$, kde ${ displaystyle k}$ je jarní konstanta. Kombinace těchto rovnic dává kapacitu po aplikované síle jako:

${ displaystyle C = varepsilon A / (d_ {nominální} -F / k)}$, kde ${ displaystyle d_ {nominální}}$ je vzdálenost mezi rovnoběžnými deskami, když není vyvíjena žádná síla.

To lze přeskupit na:

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

Za předpokladu, že ${ displaystyle d_ {nominální} ^ {2} >> F ^ {2} / k ^ {2}}$, což platí pro malé deformace kde ${ displaystyle d_ {nominální} >> x}$, můžeme to zjednodušit na:

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

Z toho vyplývá, že:

C ${ displaystyle simeq C_ {nominální} + varepsilon AF / kd_ {nominální} ^ {2}}$

C ${ displaystyle simeq C_ {nominální} + BF}$ kde ${ displaystyle B = epsilon A / kd ^ {2}}$, což je pro daný senzor konstantní.

Můžeme vyjádřit změnu kapacity ${ displaystyle Delta C}$ tak jako:

${ displaystyle Delta C = BF}$

Výroba

SingleTact vyrábí kondenzátory citlivé na sílu pomocí lisovaných křemík mezi dvěma vrstvami polyamid postavit 0,35 mm tlustý senzor, s rozsahem síly od 1 N až 450 N.^[3] 8 mm SingleTact má nominální kapacitu 75 pF, který se zvyšuje o 2,2 pF při použití jmenovité síly.^[3]

Použití

K vytvoření nízkoprofilových tlačítek citlivých na sílu lze použít kondenzátory snímající sílu. Byly použity v lékařském zobrazování k mapování tlaků v jícnu^[4][5]a představit si prsa^[6][7] a rakovina prostaty.^[8]

Reference