گشتاور با حس کردن انحراف حقیقی محور ایجاد شده توسط یک نیروی پیچشی یا با آشکار کردن آثار این انحراف اندازه گیری میشود. سطح یک محور تحت گشتاور دچار تراکم و کشش می شود. برای اندازه گیری گشتاور، معمولا عناصر استرین گیج به صورت جفت روی محور نصب شده اند. یک گیج افزایش در طول را اندازه می گیرد (در جهتی که سطح تحت کشش است) و گیج دیگر کاهش طول را در جهت دیگر اندازه می گیرد. حسگرهای گشتاور اولیه، از ساختارهای مکانیکی مناسب با استرین گیج ها تشکیل شدند. هزینه ی بالا و قابلیت اطمینان کم آن ها باعث شده که مورد پذیرش صنعتی قرار نگیرند. اگر چه تکنولوژی مدرن هزینه ی ساخت حسگرهای گشتاور را کم کرده است، با این وجود کنترل کیفیت روی محصول، نیاز به اندازه گیری دقیق گشتاور را افزایش داده است.
یک Strain gauge می تواند مستقیما روی یک میله نصب شود. به دلیل چرخش میله، اتصال حسگر گشتاور به منبع تغذیه و همچنین انتقال سیگنال اطلاعاتش توسط یک رینگ لغزان که روی میله نصب شده است، انجام می شود. همچنین Strain gauge می تواند از طریق یک مبدل هم به منبع وصل شود که در این صورت نیاز به نگهداری و مراقبت از رینگ لغزان از بین می رود. ولتاژ تحریک برای یکStrain gauge به صورت القایی کوپل می شود و خروجی Strain gauge به یک پالس تبدیل می شود. بیشینه سرعت برای چنین ترکیبی 1500rpm می باشد Strain gauge ها را می توان روی بخش های ثابت نیز نصب کرد.
کاربردهای گشتاور
کاربردهای موجود برای حسگر گشتاور شامل تعیین اندازه ی توان یک موتور غیر الکتریکی یا الکتریکی، توربین یا دستگاه های چرخنده ی دیگراست. در حال حاضر در دنیای صنعتی، مشخصه های کنترل کیفیت به شرکت هایی برای اندازه گیری گشتاور در زمان تولید، به خصوص زمانیکه اتصالات به کار رفته شده، نیازمند هستند. اندازه گیری گشتاور مورد نیاز به صورت اتوماتیک روی ماشین های پیچ ومونتاژ قرار داده شده و نیز می توانند به ابزارهای دستی اضافه شوند. در هر دو مورد، اطلاعات جمع آوری شده می تواند روی datablogger ها برای کنترل کیفیت انباشته شده و نتایج گزارش داده می شود. کاربردهای صنعتی دیگر حسگرهای گشتاور شامل اندازه گیری نرخ برداشت براده، کالیبره کردن ابزارهای گشتاور، اندازه گیری نیروهای سایش، آزمایش کردن فنرها و اندازه گیری های بیودینامیک می شود.کارکرد حسگر
گشتاور می تواند با چرخش استرین گیج ها، به علاوه با یک تخمین ثابت، حسگرهای magnetoelastic و magnetostrictive اندازه گیری شود که همه حساس به دما هستند. حسگرهای چرخشی باید روی محور قرار داده شوند که به دلیل محدودیت های فضا همیشه امکان پذیر نیست.یک Strain gauge می تواند مستقیما روی یک میله نصب شود. به دلیل چرخش میله، اتصال حسگر گشتاور به منبع تغذیه و همچنین انتقال سیگنال اطلاعاتش توسط یک رینگ لغزان که روی میله نصب شده است، انجام می شود. همچنین Strain gauge می تواند از طریق یک مبدل هم به منبع وصل شود که در این صورت نیاز به نگهداری و مراقبت از رینگ لغزان از بین می رود. ولتاژ تحریک برای یکStrain gauge به صورت القایی کوپل می شود و خروجی Strain gauge به یک پالس تبدیل می شود. بیشینه سرعت برای چنین ترکیبی 1500rpm می باشد Strain gauge ها را می توان روی بخش های ثابت نیز نصب کرد.
این حسگرهای عکس العمل، گشتاوری را که از میله به قطعات منتقل شده است را اندازه می گیرند. اما این اندازه گیری دقیق نیست زیرا اینرسی موتور را نادیده میگیرد S train gauge هایی که برای اندازه گیری گشتاور استفاده می شوند شامل فویل، نیمه هادی منتشر شده و انواع لایه نازک می باشد. این ها می توانند به صورت مستقیم با لحیم کاری یا چسب به میله وصل شوند. اگر نیروهای وارده بزرگ نباشند و یک بار نا متعادل را بتواند متحمل شود، در این صورت لوازم جانبی الکترونیکی شامل باتری، تقویت کننده و فرستنده رادیویی را می توان روی میله نصب کرد.
حسگر های proximity
حسگرهای proximity و جابجایی می توانند گشتاور را با اندازه گرفتن جابجایی زاویه ای بین دو انتهای یک میله به دست آورند. با وصل کردن دو چرخ دندانه دار یکسان به دو انتهای میله با یک فاصله خاص، جابجایی زاویه ای ایجاد شده توسط گشتاور را می توان اندازه گرفت.حسگرهای proximity یا فوتوسل که روی هر چرخ دندانه دار قرار گرفته اند، دو ولتاژ تولید می کنند که اختلاف فازشان باافزایش گشتاور وارد بر میله زیاد می شود. روش دیگری برای اندازه گیری گشتاور استفاده از یک فوتوسل می باشد که در یک سمت طوری قرار داده شده است که هرچه گشتاور افزایش می یابد باعث می شود چرخ های دندانه دار بیشتر روی هم بیفتند و در نتیجه نور کمتری به سمت دیگر می رسد. جابجایی های ناشی از گشتاور را می توان با حسگرهای دیگری از جمله حسگرهای نوری، القایی، خازنی و پتانسیومتری اندازه گرفت. برای مثال یک گشتاور سنج از نوع خازنی به این صورت کار می کند که با تغییر گشتاور فاصله بین دو صفحه تغییر می کند و ظرفیت خازنی آنها عوض می شود.
حسگر با اندازه گرفتن این تغییر خازنی مقدار گشتاور را اندازه می گیرد. با تغییرات گشتاور، ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برای میله عوض می شود که می توان آن را به وسیله یکmagnetostrictive sensor اندازه گرفت. وقتی میله بدون بار است، ضریب نفوذپذیری آن در همه جا یکنواخت است. اما تحت گشتاور تعداد خطوط میدان مغناطیسی و ضریب نفوذپذیری به تناسب گشتاور تغییر می کند. این نوع حسگر از دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه که در یک سمت میله نصب می شوند، تشکیل شده است.
حسگر با اندازه گرفتن این تغییر خازنی مقدار گشتاور را اندازه می گیرد. با تغییرات گشتاور، ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برای میله عوض می شود که می توان آن را به وسیله یکmagnetostrictive sensor اندازه گرفت. وقتی میله بدون بار است، ضریب نفوذپذیری آن در همه جا یکنواخت است. اما تحت گشتاور تعداد خطوط میدان مغناطیسی و ضریب نفوذپذیری به تناسب گشتاور تغییر می کند. این نوع حسگر از دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه که در یک سمت میله نصب می شوند، تشکیل شده است.
حسگر گشتاور magnetoelastic
با اندازه گیری تغییرات در میدان مغناطیسی خود، تغییرات نفوذپذیری خود را اندازه گیری می کند. این نوع حسگر از یک میله باریک فولادی که محکم به میله چرخان کوپل شده است، ساخته می شود. این ترکیب به عنوان یک آهنربای ثابت که شدت میدان مغناطیسی اش متناسب با گشتاور اعمال شده به میله است، عمل می کند. این میله باریک میان موتور و بار نصب می شود. یک حسگر مغناطیسی میدان تولید شده را به یک سیگنال الکتریکی خروجی تبدیل می کند که متناوب با گشتاور اعمال شده می باشد.
این مقاله را بخوانید: پاور ساپلای یا منبع تغذیه، قلب تپنده تجهیزات شما
نظر خود را بنویسید