Sensorer för tekniska parametrar — kraft, tryck, vridmoment
För implementering av automatiserad och mycket noggrann kontroll av tekniska processer är det alltid nödvändigt att ha till ditt förfogande information om de aktuella värdena för de viktigaste tekniska parametrarna. Vanligtvis används olika sensorer för detta ändamål: krafter, tryck, vridmoment etc. Låt oss titta på tre typer av sensorer, låt oss förstå principen för deras funktion.
Först och främst noterar vi att vid konstruktionen av kraft- eller vridmomentsensorer används känsliga element, vars vissa egenskaper förändras i enlighet med den aktuella graden av deformation som härrör från en eller annan yttre påverkan.
Dessa kan vara elastiska metallplattor, fjädrar eller axlar, vars deformation överförs till ett magnetostriktivt, piezoelektriskt eller halvledarelement, vars elektriska eller magnetiska parametrar kommer direkt att bero på graden av deformation. Det räcker med att mäta denna parameter för att få en uppfattning om storleken på deformationen och följaktligen av kraften (tryck, vridmoment).
Tensometriska töjningsmätare
Den enklaste töjningsmätaren baserad på töjningsmätare trådomvandlare inkluderar ett mekaniskt elastiskt element som utsätts för deformation och en töjningsmätare fäst vid det, vars deformation omvandlas direkt till en elektrisk signal.
En tunn (med en diameter på 15 till 60 mikron) nikrom-, konstantan- eller ellinvartråd, som viks med en orm och fixeras på en filmbaksida, fungerar som en töjningsgivare. En sådan givare limmas på ytan vars deformation ska mätas.
Deformationen av det mekaniska elastiska elementet leder till sträckning eller kompression av tråden längs dess längd, medan dess tvärsnitt minskar eller ökar, vilket påverkar förändringen i omvandlarens motstånd mot elektrisk ström.
Genom att mäta detta motstånd (spänningsfall över det) får vi en uppfattning om storleken på den mekaniska deformationen och följaktligen kraften, förutsatt att de mekaniska parametrarna för det deformerade elementet är kända.
Tryckmätare momentgivare
För att mäta kraftmomentet används känsliga elastiska element i form av fjädrar eller tunna axlar, som vrids under den tekniska processen. Den elastiska vinkeldeformationen, det vill säga den relativa vinkeln för början och slutet av fjädern, mäts och omvandlas till en elektrisk signal.
Det elastiska elementet är vanligtvis inneslutet i ett rör, vars ena ände är fixerad stationär, och den andra är ansluten till en vinkelförskjutningssensor som mäter divergensvinkeln mellan rörets ändar och det deformerbara elementet.
Således erhålls en signal som bär information om vridmomentets storlek.För att ta bort signalen från fjädern är trådarna i töjningsmotståndselementet anslutna med släpringar till borstarna.
Magnetostriktiva kraftsensorer
Det finns också kraftsensorer med magnetostriktiva töjningsgivare. Används här det omvända magnetostriktionsfenomenet (Villari-effekten), som består i det faktum att när tryck appliceras på en kärna gjord av en järn-nickellegering (som permaloid), förändras dess magnetiska permeabilitet.
Longitudinell kompression av kärnan leder till expansion dess hysteresloopar, slingans branthet minskar, vilket leder till en minskning av värdet på den magnetiska permeabiliteten, respektive - till en minskning av induktansen eller ömsesidig induktans hos sensorlindningarna.
Eftersom de magnetiska egenskaperna är icke-linjära och även på grund av att de påverkas avsevärt av temperaturen, blir det nödvändigt att använda en kompensationskrets.
Följande allmänna ordning gäller för ersättning. En sluten magnetostriktiv magnetisk kärna gjord av nickel-zinkferrit utsätts för en mätbar kraft. En sådan kärna upplever inte krafttryck, men lindningarna på de två ledningarna är anslutna till varandra, så en förändring av den totala EMF uppstår.
Primärlindningarna är identiska och seriekopplade, de drivs av växelström med en frekvens inom tio kilohertz, medan sekundärlindningarna (också desamma) slås på motsatt, och i frånvaro av en deformerande kraft är den totala EMF 0. Om trycket på den första kärnan ökade, är den totala EMF vid utgången icke-noll och proportionell mot deformationen.