Snímače technologických parametrov — sila, tlak, krútiaci moment

Pre implementáciu automatizovaného a vysoko presného riadenia technologických procesov je potrebné mať vždy k dispozícii informácie o aktuálnych hodnotách kľúčových technologických parametrov. Zvyčajne sa na tento účel používajú rôzne snímače: sily, tlak, krútiaci moment atď. Pozrime sa na tri typy snímačov, pochopme princíp ich činnosti.

V prvom rade si všimneme, že pri konštrukcii snímačov sily alebo krútiaceho momentu sa používajú citlivé prvky, ktorých určité vlastnosti sa menia v súlade s aktuálnym stupňom deformácie vyplývajúceho z toho či onoho vonkajšieho vplyvu.

Môžu to byť elastické kovové platne, pružiny alebo hriadele, ktorých deformácia sa prenáša na magnetostrikčný, piezoelektrický alebo polovodičový prvok, ktorých elektrické alebo magnetické parametre budú priamo závisieť od stupňa deformácie. Bude stačiť zmerať tento parameter, aby ste získali predstavu o veľkosti deformácie a podľa toho o sile (tlak, krútiaci moment).

Tenzometrické tenzometre

Najjednoduchší tenzometer založený na menič tenzometrického drôtu zahŕňa mechanický pružný prvok, ktorý je vystavený deformácii a k ​​nemu pripojený tenzometer, ktorého deformácia sa premieňa priamo na elektrický signál.

Tenký (s priemerom 15 až 60 mikrónov) nichrómový, konštantánový alebo ellinvarový drôt, ktorý je zložený hadom a upevnený na filmovej podložke, funguje ako tenzometrický senzor. Takýto prevodník je prilepený k povrchu, ktorého deformácia sa má merať.

Deformácia mechanického elastického prvku vedie k naťahovaniu alebo stláčaniu drôtu po jeho dĺžke, pričom sa jeho prierez zmenšuje alebo zväčšuje, čo ovplyvňuje zmenu odporu meniča voči elektrickému prúdu.

Meraním tohto odporu (úbytku napätia na ňom) získame predstavu o veľkosti mechanickej deformácie a podľa toho aj o sile, za predpokladu, že sú známe mechanické parametre deformovaného prvku.

Snímače krútiaceho momentu tlakomeru

Na meranie silového momentu sa používajú citlivé elastické prvky v podobe pružín alebo tenkých hriadeľov, ktoré sa pri technologickom procese skrúcajú. Elastická uhlová deformácia, teda relatívny uhol začiatku a konca pružiny, sa meria a prevádza na elektrický signál.

Pružný prvok je zvyčajne uzavretý v trubici, ktorej jeden koniec je nehybne pripevnený a druhý je pripojený k snímaču uhlového posunu, ktorý meria uhol divergencie medzi koncami trubice a deformovateľným prvkom.

Tak sa získa signál, ktorý nesie informáciu o veľkosti krútiaceho momentu.Na odstránenie signálu z pružiny sú vodiče prvku deformačného odporu spojené zbernými krúžkami s kefami.

Magnetostrikčné snímače sily

Existujú aj snímače sily s tenzometrickými magnetostrikčnými prevodníkmi. Používa sa tu fenomén inverznej magnetostrikcie (Villariho efekt), ktorý spočíva v tom, že pri pôsobení tlaku na jadro vyrobené zo zliatiny železa a niklu (ako je permaloid) sa mení jeho magnetická permeabilita.

Pozdĺžne stláčanie jadra vedie k expanzii jeho hysterézne slučky, strmosť slučky klesá, čo vedie k zníženiu hodnoty magnetickej permeability, respektíve — k zníženiu indukčnosti alebo vzájomnej indukčnosti vinutí snímača.

Pretože magnetické charakteristiky sú nelineárne a tiež vzhľadom na to, že sú výrazne ovplyvnené teplotou, je potrebné použiť kompenzačný obvod.

Na kompenzáciu platí nasledujúca všeobecná schéma. Uzavreté magnetostrikčné magnetické jadro vyrobené z nikel-zinkového feritu je vystavené merateľnej sile. Takéto jadro nevykazuje silový tlak, ale vinutia dvoch drôtov sú navzájom spojené, takže dochádza k zmene celkového EMF.

Primárne vinutia sú identické a zapojené do série, sú napájané striedavým prúdom s frekvenciou do desať kilohertzov, zatiaľ čo sekundárne vinutia (tiež rovnaké) sú zapnuté opačne a pri absencii deformujúcej sily je celkové EMF 0. Ak sa tlak na prvé jadro zvýšil, celkové EMF na výstupe je nenulové a úmerné deformácii.