Sensorer av teknologiske parametere - kraft, trykk, dreiemoment

For implementering av automatisert og svært nøyaktig kontroll av teknologiske prosesser, er det alltid nødvendig å ha tilgjengelig informasjon om gjeldende verdier for de viktigste teknologiske parameterne. Vanligvis brukes forskjellige sensorer til dette formålet: krefter, trykk, dreiemoment, etc. La oss se på tre typer sensorer, la oss forstå prinsippet om deres drift.

Først og fremst bemerker vi at i konstruksjonen av kraft- eller dreiemomentsensorer brukes følsomme elementer, hvis egenskaper endres i samsvar med gjeldende grad av deformasjon som følge av en eller annen ekstern påvirkning.

Disse kan være elastiske metallplater, fjærer eller aksler, hvis deformasjon overføres til et magnetostriktivt, piezoelektrisk eller halvlederelement, hvis elektriske eller magnetiske parametere vil direkte avhenge av graden av deformasjon. Det vil være nok å måle denne parameteren for å få en ide om størrelsen på deformasjonen og følgelig kraften (trykk, dreiemoment).

Tensometriske strekkmålere

Den enkleste strekningsmåleren basert på strain gauge wire omformer inkluderer et mekanisk elastisk element som er utsatt for deformasjon og en strekkmåler festet til det, hvis deformasjon omdannes direkte til et elektrisk signal.

En tynn (med en diameter på 15 til 60 mikron) nikrom-, konstantan- eller ellinvar-tråd, som er brettet med en slange og festet på en filmbakside, fungerer som en strekkmålersensor. En slik transduser limes til overflaten hvis deformasjon skal måles.

Deformasjonen av det mekaniske elastiske elementet fører til strekking eller kompresjon av ledningen langs dens lengde, mens tverrsnittet reduseres eller øker, noe som påvirker endringen i motstanden til omformeren til elektrisk strøm.

Ved å måle denne motstanden (spenningsfallet over den), får vi en ide om størrelsen på den mekaniske deformasjonen og følgelig kraften, forutsatt at de mekaniske parametrene til det deformerte elementet er kjent.

Trykkmåler momentsensorer

For å måle kraftmomentet brukes følsomme elastiske elementer i form av fjærer eller tynne skaft, som vris under den teknologiske prosessen. Den elastiske vinkeldeformasjonen, det vil si den relative vinkelen til begynnelsen og slutten av fjæren, måles og konverteres til et elektrisk signal.

Det elastiske elementet er vanligvis innelukket i et rør, hvor den ene enden er festet stasjonær, og den andre er koblet til en vinkelforskyvningssensor som måler divergensvinkelen mellom endene av røret og det deformerbare elementet.

Dermed oppnås et signal som bærer informasjon om størrelsen på dreiemomentet.For å fjerne signalet fra fjæren er ledningene til strekkmotstandselementet koblet til børstene med sleperinger.

Magnetostriktive kraftsensorer

Det finnes også kraftsensorer med strain gauge magnetostriktive transdusere. Brukes her det omvendte magnetostriksjonsfenomenet (Villari-effekten), som består i det faktum at når trykk påføres en kjerne laget av en jern-nikkel-legering (som permaloid), endres dens magnetiske permeabilitet.

Langsgående kompresjon av kjernen fører til ekspansjon dens hystereseløkker, sløyfens bratthet avtar, noe som fører til en reduksjon i verdien av den magnetiske permeabiliteten, henholdsvis - til en reduksjon i induktansen eller gjensidig induktans til sensorviklingene.

Siden de magnetiske egenskapene er ikke-lineære og også på grunn av det faktum at de er betydelig påvirket av temperaturen, blir det nødvendig å bruke en kompensasjonskrets.

Følgende generelle ordning gjelder for erstatning. En lukket magnetostriktiv magnetisk kjerne laget av nikkel-sinkferritt utsettes for en målbar kraft. En slik kjerne opplever ikke krafttrykk, men viklingene til de to ledningene er koblet til hverandre, så det oppstår en endring i den totale EMF.

Primærviklingene er identiske og koblet i serie, de drives av vekselstrøm med en frekvens innenfor ti kilohertz, mens sekundærviklingene (også de samme) slås på motsatt, og i fravær av en deformerende kraft er den totale EMF 0. Hvis trykket på den første kjernen økte, er den totale EMF ved utgangen ikke-null og proporsjonal med deformasjonen.