اتوماسیون صنعتی »سنسور » سنسور گشتاور

سنسور گشتاور
Torque sensor

سنسور گشتاور یا ترک ترانسمیتر در انواع ماشین‌ها، وسایل نقلیه و بیشتر سیستم‌هایی انتقال نیرو از طریق شفت‌های دوار کاربرد دارند .از موتورها و موتورهای الکتریکی گرفته تا چرخ‌های خودرو گرفته تا پره‌های توربین در موتور هواپیما. گشتاور تقریباً در هر جنبه ای از زندگی روزمره و صنعت وجود دارد به همین دلیل اندازه‌گیری گشتاور کاربرد قابل توجهی دارد .ارزش بازار سنسور گشتاور به بیش از 5 میلیارد دلار آمریکا در سال توسط محققان مستقل بازار برآورد میشود.

انواع سنسور گشتاور

معمولا چند روش اصلی برای فناوری سنسور و حسگر وجود دارد که در تشخیص گشتاور استفاده می شود.

1-اندازه گیری گشتاور به کمک استرین گیج یا کرنش سنج:

این روش مرسوم برای اندازه‌گیری گشتاور چرخشی با استفاده از یک استرین گیج پیزورزیستنس متصل به شفت دوار میباشد .تغییرات در کرنش به دلیل گشتاور به شکل تغییرات در سیگنال الکتریکی ثبت می شود.

مزایای این روش عبارتند از: هزینه نسبتا کم و کاربرد ساده و مناسب برای کاربرد کم نظیر آزمایشگاه.
معایب کرنش سنج ها عبارتند از: اتکا به کرنش پیچشی مانع از کاربرد آنها در شفت هایی با سفتی پیچشی دلخواه و ارائه پاسخ فرکانسی بالای یک کیلوهرتز می شود.بنابراین باید شرایط مناسب و محیط های کاری ایجاد شود، از جمله ساختارهای انعطاف پذیر، استفاده از چهار گیج که در یک مدار پل وتستون چیده شده اند .حلقه های لغزش یا اسلیپ رینگ یا تله متری محلی برای تغذیه جریان مداوم به گیج ها و دریافت سیگنال از مدار پل وتسون مورد نیاز است.

استفاده از حلقه های لغزنده می تواند حداکثر دور در دقیقه شفت را محدود کند و سایش می تواند به طورقابل توجهی قابلیت اطمینان سیستم را کاهش دهد.استفاده از تله متری بی سیم محلی می تواند حداکثر پهنای باند سیستم را محدود کند ومی تواند منجر به قطع سیگنال شود یا حتی امواج الکترومغناطیسی زیادی ایجاد کند که ممکن است با سایر سنسورها، وسایل الکترونیکی و تله متری روی خودرو تداخل داشته باشد.سنسورهای کرنش سنج معمولاً در برابر محیط های خشن مقاوم یا انعطاف پذیر نیستند و باعث تداخل امواج الکترومغناطیسی پس زمینه و میدان های مغناطیسی میشوند.

2- سنسور گشتاور به کمک سنسورهای جابجایی:

این روش معمولاً از یک جفت دیسک دندانه ای یکسان استفاده می‌کند که درانتهای مخالف بخشی از شفت متصل شده‌اند، که امکان تعیین زاویه پیچش ناشی از اختلاف فاز بین آنها را از طریق اندازه‌گیری نوری یا مغناطیسی دارد. با این مکانیزم امکان محاسبه گشتاور را فراهم می گردد .
مزیت اصلی استفاده از این روش قابلیت اضافه بار سنسور به حداکثرظرفیت بار پیچشی شفت است. ازمعایب این روش می توان به لزوم چرخاندن شفت اشاره کرد، بنابراین نمی توان گشتاور یا بار استاتیک را اندازه گیری کرد. حلقه ها اندازه گیری نسبتا حجیم باید به شفت متصل شوند. به دما نیز حساس است.

3- سنسورهای گشتاور مغناطیسی الاستیک:

این روش برای اندازه‌گیری گشتاور از تغییراتی در نفوذپذیری مغناطیسی استفاده می‌کند. که در نواحی سطح شفت خاص به دلیل تنش پیچشی ناشی از گشتاور اعمال‌شده رخ می‌دهد.این تغییرات در نفوذپذیری و با چرخش شفت در برخی از الگوهای سیم پیچ و مشاهده تفاوت در ولتاژهای القایی اندازه گیری می شود.
مزیت اصلی این است که نسبت به کرنش سنج ها قوی تر است و به میله پیچشی مانند سنسور جابجایی نیاز ندارد. با این حال، معایب قابل توجهی وجود دارد. نفوذپذیری به طور انحصاری به گشتاور بستگی ندارد و با
دمای فرکانس و مغناطش متفاوت خواهد بود. نفوذپذیری نه یک ویژگی ذاتی ماده مغناطیسی نیست . تغییرات محلی در خواص مغناطیسی سطح شفت معمولی،دقت قابل دستیابی را محدود می کند.
لوازم الکترونیکی کالیبره شده برای هر شفت کالیبره شده خاص هستند و به تغییرات شکاف بین شفت و سیم پیچ های پیکاپ حساس هستند. ضربه به شفت می تواند خواص مغناطیسی که کالیبراسیون بر اساس آن است را مختل کند. این فناوری به ابزار دقیق قطعات ساخته شده از فولاد محدود می شود و مستعد تداخل میدان های مغناطیسی سرگردان است.

خلاصه

سنسور گشتاور، مبدل گشتاور یا گشتاورسنجی است که برای اندازه گیری و ثبت گشتاور بر روی یک سیستم دوار نظیر موتور، میل لنگ، گیربکس، سیستم انتقال، روتور، یک موتور دوچرخه یا تستر گشتاور مورد استفاده قرار میگیرد .. اندازه گیری گشتاور استاتیک نسبتا به کمک ترک متر آسان است. گشتاور پویا یا دینامیک ، از سوی دیگر، اندازه گیری نسبتا مشکل تری میباشد زیرا به طور کلی نیاز به انتقال برخی از اطلاعات سیستم دوار محور یا شافت به کمک پارامترهای مختلف (الکتریکی، هیدرولیک یا مغناطیسی) به یک سیستم استاتیک دارد.

یک روش برای رسیدن به این مقصود و اندازه گیری گشتاور دینامیک این است که شفت و یا یک قسمت متصل به شفت را با مجموعه ای از زمینه های مغناطیسی دائمی متصل شده و خصوصیات مغناطیسی این حوزه ها بر اساس گشتاور اعمال شده تغییر میکند ، بنابراین می تواند با استفاده از سنسورهای بدون تماس و بیسیم مقادیر گشتاور و دور و توان تجهیز اندازه گیری شود. چنین سنسورهای گشتاور مغناطیسی الاستیکی به طور کلی برای مواردی در درون خودرو یا بر روی اتومبیل های مسابقه ای، اتومبیل، هواپیما و هاور کرافت و .. استفاده می شود. برای اطلاعات بشتر به قسمت مقالات مراجعه گردد .

برای انتخاب سنسور گشتاور یا سیستم انتقال اطلاعات گشتاور بایستی به موارد زیر توجه نمود.