Сензори технолошких параметара — сила, притисак, обртни момент

За спровођење аутоматизованог и високопрецизног управљања технолошким процесима, увек је неопходно да имате на располагању информације о тренутним вредностима кључних технолошких параметара. Обично се у ту сврху користе различити сензори: силе, притисак, обртни момент итд. Погледајмо три типа сензора, да разумемо принцип њиховог рада.

Пре свега, напомињемо да се у конструкцији сензора силе или момента користе осетљиви елементи чија се одређена својства мењају у складу са тренутним степеном деформације која настаје услед једног или другог спољашњег утицаја.

То могу бити еластичне металне плоче, опруге или осовине, чија се деформација преноси на магнетостриктивни, пиезоелектрични или полупроводнички елемент, чији ће електрични или магнетни параметри директно зависити од степена деформације. Биће довољно измерити овај параметар да бисте добили идеју о величини деформације и, сходно томе, о сили (притисак, обртни момент).

Тензометријски мерилци напрезања

Најједноставнији мерач напрезања заснован на претварач жице мерача напрезања укључује механички еластични елемент који је подвргнут деформацији и на њега причвршћен мерач напрезања чија се деформација директно претвара у електрични сигнал.

Танка (пречника од 15 до 60 микрона) жица од никрома, константана или елинвара, која је пресавијена змијом и причвршћена на подлогу филма, делује као сензор напрезања. Такав претварач се лепи на површину чија се деформација мери.

Деформација механичког еластичног елемента доводи до истезања или сабијања жице по њеној дужини, док се њен попречни пресек смањује или повећава, што утиче на промену отпора претварача на електричну струју.

Мерењем овог отпора (пада напона преко њега) добијамо представу о величини механичке деформације и, сходно томе, о сили, под условом да су познати механички параметри деформисаног елемента.

Сензори обртног момента манометра

За мерење момента силе користе се осетљиви еластични елементи у виду опруга или танких вратила, који се увијају у току технолошког процеса. Мери се еластична угаона деформација, односно релативни угао почетка и краја опруге и претвара се у електрични сигнал.

Еластични елемент је обично затворен у цев, чији је један крај фиксиран непомично, а други је повезан са сензором угаоног померања који мери угао дивергенције између крајева цеви и деформабилног елемента.

Тако се добија сигнал који носи информацију о величини обртног момента.Да би се уклонио сигнал са опруге, жице елемента отпорника на напрезање су повезане клизним прстеновима са четкама.

Сензори магнетостриктивне силе

Постоје и сензори силе са магнетостриктивним претварачима за мерење напрезања. Користи се овде феномен инверзне магнетострикције (Виллари ефекат), који се састоји у томе да када се притисак примени на језгро направљено од легуре гвожђа и никла (као што је пермалоид), његова магнетна пермеабилност се мења.

Уздужна компресија језгра доводи до експанзије његове хистерезисне петље, смањује се стрмина петље, што доводи до смањења вредности магнетне пермеабилности, респективно — до смањења индуктивности или међусобне индуктивности намотаја сензора.

Пошто су магнетне карактеристике нелинеарне, а такође и због чињенице да на њих значајно утиче температура, постаје неопходно користити компензационо коло.

За компензацију се примењује следећа општа шема. Затворено магнетостриктивно магнетно језгро направљено од никл-цинк ферита је подвргнуто мерљивој сили. Такво језгро не доживљава притисак силе, већ су намотаји две жице међусобно повезани, па долази до промене укупне ЕМФ.

Примарни намотаји су идентични и повезани серијски, напајају се наизменичном струјом фреквенције до десет килохерца, док су секундарни намотаји (такође исти) укључени супротно, а у одсуству силе деформисања укупна ЕМФ је 0. Ако се повећао притисак на прво језгро, укупна ЕМФ на излазу је различита од нуле и пропорционална је деформацији.