Senzori ai parametrilor tehnologici — forță, presiune, cuplu

Pentru implementarea unui control automat și foarte precis al proceselor tehnologice, este întotdeauna necesar să aveți la dispoziție informații despre valorile actuale ale parametrilor tehnologici cheie. De obicei, în acest scop se folosesc diverși senzori: forțe, presiune, cuplu etc. Să ne uităm la trei tipuri de senzori, să înțelegem principiul funcționării lor.

În primul rând, observăm că în construcția senzorilor de forță sau de cuplu se folosesc elemente sensibile, ale căror proprietăți se modifică în funcție de gradul actual de deformare rezultat din una sau alta influență externă.

Acestea pot fi plăci metalice elastice, arcuri sau arbori, a căror deformare se transmite unui element magnetostrictiv, piezoelectric sau semiconductor, ai cărui parametri electrici sau magnetici vor depinde direct de gradul de deformare. Va fi suficient să măsurați acest parametru pentru a vă face o idee despre dimensiunea deformației și, în consecință, a forței (presiune, cuplu).

Tensometrice tensometrice

Cel mai simplu tensiometru bazat pe convertor de sârmă de extensometru include un element elastic mecanic care este supus deformării și un extensometru atașat acestuia, a cărui deformare este transformată direct într-un semnal electric.

Un fir subțire (cu un diametru de 15 până la 60 de microni) nicrom, constantan sau ellinvar, care este pliat cu un șarpe și fixat pe un suport de film, acționează ca un senzor de tensiometru. Un astfel de traductor este lipit de suprafața a cărei deformare urmează să fie măsurată.

Deformarea elementului mecanic elastic duce la întinderea sau comprimarea firului de-a lungul lungimii sale, în timp ce secțiunea sa transversală scade sau crește, ceea ce afectează modificarea rezistenței convertorului la curent electric.

Măsurând această rezistență (căderea de tensiune pe ea), ne facem o idee despre mărimea deformației mecanice și, în consecință, a forței, cu condiția ca parametrii mecanici ai elementului deformat să fie cunoscuți.

Senzori de cuplu manometru

Pentru măsurarea momentului de forță se folosesc elemente elastice sensibile sub formă de arcuri sau arbori subțiri, care sunt răsucite în timpul procesului tehnologic. Deformația unghiulară elastică, adică unghiul relativ al începutului și sfârșitului arcului, se măsoară și se transformă într-un semnal electric.

Elementul elastic este de obicei închis într-un tub, al cărui capăt este fix staționar, iar celălalt este conectat la un senzor de deplasare unghiulară care măsoară unghiul de divergență dintre capetele tubului și elementul deformabil.

Astfel, se obține un semnal care transportă informații despre mărimea cuplului.Pentru a elimina semnalul de la arc, firele elementului de rezistență la deformare sunt conectate prin inele colectoare la perii.

Senzori de forță magnetostrictivă

Există, de asemenea, senzori de forță cu traductoare magnetostrictive cu calibre de tensiune. Folosit aici fenomenul de magnetostricție inversă (efectul Villari), care constă în faptul că atunci când se aplică presiune asupra unui miez dintr-un aliaj fier-nichel (cum ar fi permaloidul), permeabilitatea sa magnetică se modifică.

Compresia longitudinală a miezului duce la expansiune buclele sale de histerezis, abruptul buclei scade, ceea ce duce la o scădere a valorii permeabilității magnetice, respectiv — la o scădere a inductanței sau a inductanței reciproce a înfășurărilor senzorului.

Deoarece caracteristicile magnetice sunt neliniare și, de asemenea, datorită faptului că sunt afectate semnificativ de temperatură, devine necesară utilizarea unui circuit de compensare.

Următoarea schemă generală se aplică pentru compensare. Un miez magnetic magnetostrictiv închis din ferită de nichel-zinc este supus unei forțe măsurabile. Un astfel de miez nu suferă presiune de forță, dar înfășurările celor două fire sunt conectate între ele, astfel încât are loc o modificare a EMF totală.

Înfășurările primare sunt identice și conectate în serie, sunt alimentate de curent alternativ cu o frecvență de zece kiloherți, în timp ce înfășurările secundare (de asemenea, aceleași) sunt pornite invers, iar în absența unei forțe de deformare, EMF total este 0. Dacă presiunea pe primul miez a crescut, EMF total la ieșire este diferit de zero și proporțional cu deformarea.