Sensoren van technologische parameters — kracht, druk, koppel
Voor de implementatie van geautomatiseerde en zeer nauwkeurige besturing van technologische processen is het altijd noodzakelijk om informatie tot uw beschikking te hebben over de huidige waarden van de belangrijkste technologische parameters. Meestal worden hiervoor verschillende sensoren gebruikt: krachten, druk, koppel, enz. Laten we eens kijken naar drie soorten sensoren, laten we het principe van hun werking begrijpen.
Allereerst merken we op dat bij de constructie van kracht- of koppelsensoren gevoelige elementen worden gebruikt, waarvan bepaalde eigenschappen veranderen in overeenstemming met de huidige mate van vervorming als gevolg van een of andere externe invloed.
Dit kunnen elastische metalen platen, veren of assen zijn, waarvan de vervorming wordt overgedragen op een magnetostrictief, piëzo-elektrisch of halfgeleiderelement, waarvan de elektrische of magnetische parameters rechtstreeks afhangen van de mate van vervorming. Het is voldoende om deze parameter te meten om een idee te krijgen van de grootte van de vervorming en daarmee van de kracht (druk, koppel).
Tensometrische rekstrookjes
De eenvoudigste rekstrookjes gebaseerd op spanningsmeter draad converter bevat een mechanisch elastisch element dat wordt onderworpen aan vervorming en een eraan bevestigde rekstrookje, waarvan de vervorming direct wordt omgezet in een elektrisch signaal.
Een dunne (met een diameter van 15 tot 60 micron) nichroom-, constantaan- of ellinvar-draad, die met een slang is gevouwen en op een filmrug is bevestigd, fungeert als een spanningsmetersensor. Een dergelijke transducer wordt vastgelijmd aan het oppervlak waarvan de vervorming moet worden gemeten.
De vervorming van het mechanisch elastische element leidt tot het uitrekken of samendrukken van de draad over zijn lengte, terwijl de doorsnede afneemt of toeneemt, wat de verandering in de weerstand van de omzetter tegen elektrische stroom beïnvloedt.
Door deze weerstand te meten (spanningsval erover), krijgen we een idee van de grootte van de mechanische vervorming en daarmee de kracht, mits de mechanische parameters van het vervormde element bekend zijn.
Manometer koppelsensoren
Om het krachtmoment te meten, worden gevoelige elastische elementen in de vorm van veren of dunne assen gebruikt, die tijdens het technologische proces worden gedraaid. De elastische hoekvervorming, dat wil zeggen de relatieve hoek van het begin en einde van de veer, wordt gemeten en omgezet in een elektrisch signaal.
Het elastische element is meestal ingesloten in een buis, waarvan het ene uiteinde stationair is vastgezet en het andere is verbonden met een hoekverplaatsingssensor die de divergentiehoek tussen de uiteinden van de buis en het vervormbare element meet.
Er wordt dus een signaal verkregen dat informatie bevat over de grootte van het koppel.Om het signaal van de veer af te voeren, zijn de draden van het trekweerstandelement met sleepringen verbonden met de borstels.
Magnetostrictieve krachtsensoren
Er zijn ook krachtsensoren met magnetostrictieve transducers met rekstrookjes. Hier gebruikt het omgekeerde magnetostrictie-fenomeen (Villari-effect), die bestaat uit het feit dat wanneer er druk wordt uitgeoefend op een kern gemaakt van een ijzer-nikkellegering (zoals permaloïde), de magnetische permeabiliteit ervan verandert.
Longitudinale compressie van de kern leidt tot uitzetting zijn hysteresislussen, neemt de steilheid van de lus af, wat respectievelijk leidt tot een afname van de waarde van de magnetische permeabiliteit - tot een afname van de inductantie of wederzijdse inductantie van de sensorwikkelingen.
Aangezien de magnetische eigenschappen niet-lineair zijn en ook vanwege het feit dat ze aanzienlijk worden beïnvloed door temperatuur, wordt het noodzakelijk om een compensatiecircuit te gebruiken.
Voor de vergoeding geldt de volgende algemene regeling. Een gesloten magnetostrictieve magneetkern van nikkel-zinkferriet wordt onderworpen aan een meetbare kracht. Zo'n kern ondervindt geen krachtdruk, maar de wikkelingen van de twee draden zijn met elkaar verbonden, waardoor er een verandering in de totale EMF optreedt.
De primaire wikkelingen zijn identiek en in serie geschakeld, ze worden aangedreven door wisselstroom met een frequentie binnen tien kilohertz, terwijl de secundaire wikkelingen (ook dezelfde) tegengesteld worden ingeschakeld, en bij afwezigheid van een vervormende kracht is de totale EMF 0. Als de druk op de eerste kern toeneemt, is de totale EMF aan de uitgang niet nul en evenredig met de vervorming.