피에조와 스트레인 게이지

압전 센서와 스트레인 게이지의 차이점은 무엇입니까?

두 가지 기술은 기계적 힘이 가해 졌을 때 전기적 특성을 변화시키는 특정 물질의 능력을 기반으로합니다. 압전 센서에서는 탄성 변형의 결과로 전하가 생성되지만 스트레인게이지에서는 이러한 동일한 현상이 전기 저항을 변화시킵니다. 두 가지 측정 기술은 서로를 보완합니다. 용도에 따라 스트레인 게이지 또는 피에조 센서가 필요합니다. 그러나 원칙적으로 모든 측정 요구 사항의 약 80 %가 압전 센서 또는 스트레인 게이지에 의해 동일하게 충족 될 수 있습니다.

스트레인 게이지의 장점

• 폭넓은 적용 범위
• 비교적 간단한 사용법
• 매우 높은 정확도 달성(0.1 퍼센트 미만의 측정 오류)
• 케이블 절연 및 케이블 이동이 복잡하지 않음
• 매우 긴 시간 동안 드리프트 프리 상태 지속
• 휘스톤 브리지 사용으로 온도 변화 보상

압전 센서의 장점

• 특히 준정적 및 동적 과정에 적합
• 큰 폭의 부하 변화를 최대 1,000분의 1초까지 측정
• 최대 6 배에 이르는 광범위한 측정 범위
• 측정 기술 매개변수 및 감도, 반응 한계 및 해상도가 센서 크기와 무관함
• 초소형 구조
• 고온과 저온은 물론 과부하에 강함
• 높은 내피로성, 긴 수명, 견고한 내구성

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Piezoelectric principle: Capturing electrical charge

The force is applied to a piezoelectric crystal and causes a charge shift at the molecular level and within the lattice structure. This electric charge is captured at the crystal surface and converted into a voltage signal by means of a so-called charge amplifier.

Advantage:

The deformation is extremely small since the charge effect is caused by shifts within the atomic structure. This enables the realization of extremely rigid structures featuring high natural frequencies. This is ideal for capturing very fast or high-frequency measurement events.

Disadvantage:

The electric charge is very volatile. Where there is no perfect isolation, charge is lost over time. This makes long-term stable measurements difficult, especially if you want to measure small forces. Furthermore, a piezoelectric sensor is far more subjected to temperature changes.

The strain gauge principle: Capturing a change in electric resistance induced by elastic deformation

The force is applied to a spring body, which deforms proportionally to the force exerted. This deformation again causes compression or stretching of the attached strain gauges and thus a change in their electrical resistance. By using a simple electrical measuring bridge circuit, a usable voltage signal can be generated.

Advantage:

Measurements are very long-term stable and changes in temperature can be better compensated. Sensors featuring very high accuracy can be realized.

Disadvantage:

The quality of signal acquisition improves with the grade of the strain gauges’ elastic deformation. That means that its structure is rather soft, featuring a low natural frequency, which is inappropriate for faster-measuring events. Due to deformation, material fatigue and overstrain are additional critical aspects of this measurement principle.