نتحدث عن مستشعر وزن الكوارتز

ما هو الكوارتز؟

الكوارتز معدن واسع الانتشار في الطبيعة. مثل الرمل العادي والبلورات والمواد الأخرى، المكون الرئيسي له هو ثاني أكسيد السيليكون، الصيغة الكيميائية SiO2. ولكن نظرًا للترتيب المختلف للجزيئات، فإنه يتمتع بمظاهر وخصائص مختلفة.

الكوارتز النقي عديم اللون وشفاف، وخصائصه الحرارية والكيميائية والميكانيكية لها تباين واضح. نقطة الانصهار هي 1750℃. يتمتع الكوارتز بخاصية كهروضغطية قوية، أي أنه ستتولد شرارات عند ضربه وفركه بشدة، وهي طريقة إشعال النار باستخدام الصوان.

تطور التأثير الكهروضغطي للكوارتز

في عام 1880، اكتشف الأخوان جاك وبيير كوري عن طريق الصدفة التأثير الكهروضغطي السحري لبلورات الكوارتز. وجدوا أنه عندما يتعرض بلور الكوارتز لضغط شديد، ستتولد شحنة كهربائية على سطحه، وتتناسب كمية الشحنة المتولدة مع كتلة المادة.

ومع ذلك، يتطلب جمع الشحنة والاحتفاظ بها ظروف مقاومة عالية جدًا، وإلا فمن السهل تفريغها ويصعب قياسها. لم يكن الأمر كذلك حتى الخمسينيات من القرن الماضي عندما تم اختراع مضخم الشحنة (CA، Charge Amplifier) لتحويل الشحنة إلى إشارة جهد مقابلة، مما أدى إلى تحقيق قياس ومعالجة الشحنة بواسطة الأدوات والأجهزة التقليدية لأول مرة، وبالتالي إنشاء مجال القياس الكهروضغطي.

في الستينيات، طورت المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ مستشعر قوة الكوارتز الكهروضغطي.

في السبعينيات، تم استخدام أنظمة قياس القوة ثلاثية المكونات الكهروضغطية المصنوعة من الكوارتز في الهندسة وصناعة السيارات والبيوميكانيكا.

تطبيق مستشعر وزن الكوارتز

في التسعينيات، طورت سويسرا مستشعر وزن ديناميكي مع بلور الكوارتز كعنصر حساس يمكن استخدامه على الطرق. نظرًا لصغر حجمه، وانخفاض ارتفاعه، وخفة وزنه، وصلابته العالية، وتردده الطبيعي العالي، ونطاقه الديناميكي الواسع، وحساسيته العالية. لذلك، فقد حقق نتائج تطبيق جيدة في مجالات التنبؤ بحمل المحور الزائد للمركبة، وإنذار الحمل الزائد للجسور، وحماية الأنفاق، وقياس حمل محور المركبة.

يستخدم على نطاق واسع في العديد من البلدان مثل الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وألمانيا وأستراليا وكوريا الجنوبية واليابان. منذ نهاية القرن الماضي، مع تطور وضع الشحن المحلي والحاجة إلى الإدارة الوطنية للحمل الزائد والتحميل الزائد، طورت بلادي أيضًا مستشعرات وزن الكوارتز المناسبة لتطبيقات الطرق في بلادي.

مبدأ وزن مستشعر وزن الكوارتز

مستشعر وزن الكوارتز هو جهاز يستخدم التأثير الكهروضغطي لبلور الكوارتز لتحويل إشارة الوزن إلى إشارة كهربائية.

1). يحول عنصر الكشف عن بلور الكوارتز قوة الإطارات الديناميكية إلى إشارة شحنة؛

2). يتم تحويله إلى جهد تناظري من خلال مضخم الشحنة؛

3). ثم يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية من خلال محول A/D؛

4). أخيرًا، يتم الحصول على نتيجة الوزن من خلال الكمبيوتر المدمج وبرامجه المخصصة.

هيكل خلية الحمل الكوارتز

مظهر خلية الحمل الكوارتز

مزايا مستشعرات وزن الكوارتز

1) نطاق سرعة الكشف الديناميكي الفعال الواسع: صلابة عالية، لا تشوه تحت الحمل الثقيل، استجابة عالية التردد، ويمكنها قياس الأحمال الديناميكية المتغيرة بسرعة بدقة.

2) متانة قوية: تحمل 5400000 مرة من اختبار المتانة بحمل 50 كيلو نيوتن دون أي علامات تلف.

3) عمر خدمة طويل: يتجاوز عمر الخدمة 100 مليون محور.

4) أداء وزن ديناميكي دقيق: خطية جيدة، وتكرار، واستقرار.

5) نطاق تكييف درجة الحرارة الواسع: لا تؤثر تغيرات درجة الحرارة على دقة الوزن، ولا يلزم إعادة المعايرة.

6) سهولة التركيب والبناء السريع: حجم البناء الصغير، وأضرار أقل للطرق، ودورة قصيرة.

7) إخفاء قوي: بعد التثبيت، فإنه يشكل كلاً مع سطح الطريق، ويصعب على السائق تحديد موقعه المحدد بدقة.

8) خالي من الصيانة: لا يلزم الصرف، مما يلغي الصيانة اليومية في التطبيق.