Сензори на технологични параметри — сила, налягане, въртящ момент

За внедряването на автоматизиран и високоточен контрол на технологичните процеси винаги е необходимо да имате на ваше разположение информация за текущите стойности на ключовите технологични параметри. Обикновено за тази цел се използват различни сензори: сили, налягане, въртящ момент и пр. Нека разгледаме три типа сензори, нека разберем принципа на тяхната работа.

На първо място, отбелязваме, че при конструирането на датчици за сила или въртящ момент се използват чувствителни елементи, определени свойства на които се променят в съответствие с настоящата степен на деформация, произтичаща от едно или друго външно влияние.

Това могат да бъдат еластични метални пластини, пружини или валове, чиято деформация се предава на магнитострикционен, пиезоелектричен или полупроводников елемент, чиито електрически или магнитни параметри директно ще зависят от степента на деформация. Ще бъде достатъчно да се измери този параметър, за да се добие представа за размера на деформацията и съответно за силата (налягане, въртящ момент).

Тензометрични тензодатчици

Най -простият тензодатчик, базиран на тензодатчик тел преобразувател включва механичен еластичен елемент, който е подложен на деформация, и приложен към него тензодатчик, чиято деформация се преобразува директно в електрически сигнал.

Тънка (с диаметър от 15 до 60 микрона) нихромна, константанова или елинварова тел, която се сгъва със змия и се фиксира върху филмова подложка, действа като датчик за тензометрия. Такъв преобразувател е залепен към повърхността, чиято деформация трябва да бъде измерена.

Деформацията на механичния еластичен елемент води до разтягане или компресиране на проводника по дължината му, докато напречното му сечение намалява или се увеличава, което влияе върху промяната в съпротивлението на преобразувателя към електрически ток.

Чрез измерване на това съпротивление (спад на напрежението върху него) получаваме представа за големината на механичната деформация и съответно силата, при условие че са известни механичните параметри на деформирания елемент.

Сензори за въртящ момент на манометъра

За измерване на силовия момент се използват чувствителни еластични елементи под формата на пружини или тънки валове, които се усукват по време на технологичния процес. Еластичната ъглова деформация, тоест относителният ъгъл на началото и края на пружината, се измерва и преобразува в електрически сигнал.

Еластичният елемент обикновено е затворен в тръба, единият край на която е фиксиран неподвижно, а другият е свързан с датчик за ъглово изместване, който измерва ъгъла на разминаване между краищата на тръбата и деформируемия елемент.

Така се получава сигнал, който носи информация за величината на въртящия момент. За да премахнете сигнала от пружината, проводниците на тензорезисторния елемент са свързани чрез плъзгащи пръстени към четките.

Сензори за магнитострикционна сила

Има и сензори за сила с тензометрични магнитострикционни преобразуватели. Използвани тук явлението обратна магнитострикция (ефект на Вилари), което се състои в това, че когато се приложи налягане върху сърцевината, изработена от сплав желязо-никел (като пермалоид), магнитната й пропускливост се променя.

Надлъжното компресиране на сърцевината води до разширяване нейните хистерезисни контури, стръмността на контура намалява, което води до намаляване на стойността на магнитната пропускливост, съответно — до намаляване на индуктивността или взаимната индуктивност на намотките на сензора.

Тъй като магнитните характеристики са нелинейни, а също и поради факта, че те се влияят значително от температурата, става необходимо да се използва компенсационна верига.

За обезщетение се прилага следната обща схема. Затворена магнитострикционна магнитна сърцевина, изработена от никел-цинков ферит, е подложена на измерима сила. Подобно ядро ​​не изпитва натиск на сила, но намотките на двете жили са свързани помежду си, така че настъпва промяна в общата ЕМП.

Първичните намотки са идентични и свързани последователно, те се захранват от променлив ток с честота в рамките на десет килохерца, докато вторичните намотки (също същите) се включват противоположно, а при липса на деформираща сила общата ЕРС е 0. Ако налягането върху първото ядро ​​се увеличи, общата ЕМП по изход е ненулева и пропорционална на деформацията.