वज़न/तनाव सेंसर की आंतरिक संरचना और कार्य सिद्धांत

2025-12-23

वजन/तनाव सेंसर की आंतरिक संरचना और कार्य सिद्धांत

एक वजन सेंसर एक मापन उपकरण है। जब इसे बाहरी बल के अधीन किया जाता है, तो यह अपने आउटपुट टर्मिनल पर एक विद्युत संकेत उत्पन्न करता है। स्ट्रेन गेज-प्रकार के वजन सेंसर सबसे आम प्रकारों में से एक हैं, जिनका उपयोग वजन मापने के लिए किया जाता है। यह लेख वजन सेंसर के कार्य सिद्धांत और विशिष्टताओं का परिचय देगा।

वजन सेंसर क्या है?

एक वजन सेंसर एक प्रकार का बल ट्रांसड्यूसर है। एक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो ऊर्जा के एक रूप को एक पठनीय विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है। विशेष रूप से, एक वजन सेंसर बल को एक वोल्टेज में परिवर्तित करता है जिसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण द्वारा पढ़ा जा सकता है। दैनिक जीवन में सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला वजन सेंसर स्ट्रेन गेज प्रकार है - यह लगभग सभी वजन मापने वाले उपकरणों में मौजूद है।

वजन सेंसर कैसे काम करता है?

एक वजन सेंसर के अंदर, एक लचीले सब्सट्रेट से जुड़ा एक बेहद पतला प्रतिरोधक पदार्थ होता है। जब एक बाहरी बल सेंसर के शरीर पर कार्य करता है, तो लचीला सब्सट्रेट विकृत हो जाता है - जिससे प्रतिरोधक पदार्थ भी उसके साथ विकृत हो जाता है। जैसे ही प्रतिरोधक पट्टी के आयाम बदलते हैं, इसका प्रतिरोध मान भी बदल जाता है।

हालांकि, प्रतिरोध में परिवर्तन सामग्री के मूल कुल प्रतिरोध की तुलना में बेहद छोटा होता है - आमतौर पर 1:100 के क्रम का। इससे पूर्ण प्रतिरोध मान को सीधे मापना बहुत मुश्किल हो जाता है।

इस समस्या को हल करने के लिए, लचीले सब्सट्रेट पर प्रतिरोधक पदार्थ को व्हीटस्टोन ब्रिज नामक एक सर्किट कॉन्फ़िगरेशन में व्यवस्थित किया जाता है (इसके लोकप्रियकर्ता, सर चार्ल्स व्हीटस्टोन के नाम पर)। यह ब्रिज प्रतिरोधकों की एक हीरे के आकार की व्यवस्था है, जिसमें प्रत्येक तरफ एक प्रतिरोधक होता है (जैसा कि नीचे दिए गए आरेख में दिखाया गया है)।

व्हीटस्टोन ब्रिज कैसे काम करता है

उत्तेजना वोल्टेज को हीरे के आकार के ब्रिज के विकर्णों के एक जोड़े पर लागू किया जाता है, और आउटपुट वोल्टेज सिग्नल को दूसरे जोड़े के विकर्णों पर पढ़ा जाता है:

जब कोई बाहरी बल लागू नहीं होता है: सभी प्रतिरोधकों का मान समान होता है। ब्रिज की प्रत्येक "भुजा" एक वोल्टेज डिवाइडर के रूप में कार्य करती है, इसलिए प्रत्येक भुजा का आउटपुट वोल्टेज समान होता है - जिसके परिणामस्वरूप 0V आउटपुट होता है (चूंकि आउटपुट पॉइंट डिवाइडर के बीच में होते हैं)।
जब बाहरी बल लागू होता है: एक प्रतिरोधक का मान बदल जाता है, जिससे उसकी भुजा पर वोल्टेज बदल जाता है। यह आउटपुट टर्मिनलों पर एक छोटा वोल्टेज अंतर बनाता है।

वजन सेंसर का उपयोग कैसे करें

सेंसर का आउटपुट वोल्टेज बेहद छोटा होता है और एक उच्च-प्रतिबाधा स्रोत (प्रतिरोधक डिवाइडर) से आता है। इस वोल्टेज को सटीक रूप से पढ़ने के लिए, सिग्नल कंडीशनिंग की आवश्यकता होती है:

सर्किट को उच्च इनपुट प्रतिबाधा की आवश्यकता है (विभाजक पर लोड प्रभावों से बचने के लिए)।
इसे उच्च कॉमन-मोड रिजेक्शन की आवश्यकता है (चूंकि प्रत्येक भुजा का पूर्ण वोल्टेज उत्तेजना वोल्टेज का आधा होता है)।
इसे उच्च विभेदक लाभ की आवश्यकता है (छोटे वोल्टेज अंतर को बढ़ाने के लिए)।

यह आमतौर पर एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर (उदाहरण के लिए, 100 के लाभ के साथ AD620) के साथ किया जाता है: 1mV का इनपुट वोल्टेज 100mV का आउटपुट बन जाता है। उदाहरण के लिए, यदि ब्रिज का फुल-रेंज आउटपुट ±25mV है, तो एम्पलीफायर ±2.5V आउटपुट करता है।

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