Крутящий момент, частота вращения, угол поворота

Измерения крутящего момента силы используется при оценке:

1. Усилия затяжки резьбовых соединений в машиностроении, транспорте, при сборке металлоконструкций сооружений.

2. Скорости, мощности, КПД и др. характеристик двигателей и технологического оборудования.

3. Прочности материалов при статическом и динамическом нагружениях.

Датчики крутящего момента, угла поворота и частоты вращения

В материале вала измеряются напряжения с помощью тензорезистора, как показано на рисунке. По напряжениям определяется крутящий момент в соответствии с формулой сопромата:

где W_p = 0.1d³ – полярный момент сопротивления для сплошного круглого вала.

Происходит бесконтактная передача измерительного сигнала с тензорезистора, расположенного на валу. Напряжение питания моста – переменное (см. рис.). На выходе получается также переменное напряжение пропорциональное крутящему моменту. Таким образом, датчик для измерения крутящего момента основан на индуктивном трансформаторном преобразователе. Как показано на рисунке один трансформатор служит для питания тензорезисторного моста, другой – для передачи измерительного сигнала.

В современных измерительных системах на валу находится суженное по диаметру место, где наклеен тензометрический мост. Измерительный сигнал генерируется непосредственно на роторе посредством тензорезисторов, усиливается и оцифровывается.

Некоторые современные бесконтактные датчики с цифровым измерительным сигналом для измерения крутящего момента, угла поворота и частоты вращения вала.

M420 – бесконтактный вращающийся датчик крутящего момента, диапазон измерений: 5 Нм…100 кНм;

FF410 – статический датчик крутящего момента, диапазон измерений: 250 Нм…100 кНм;

FF420 – бесконтактный бесподшипниковый датчик крутящего момента, диапазон измерений: 250 Нм…500 кНм;

RS420 – роторный датчик крутящего момента для испытаний сельхоз- и автотракторной техники, диапазон измерений: 100 Нм…500 кНм.

Точность этих датчиков в пределах ±0,1%. Рабочие скорости до 50000 об/мин. Эти датчики используют вал с тензометром для точного и надежного измерения и электронными устройствами, которые вращаются вместе с валом. Цифровые сигналы передаются на не вращающуюся часть системы или на статор.

Давление

Единица измерения давления Паскаль (1 Па = 1 Н/м²) или её производные МПа, Кпа, Н/мм², кН/мм² и др. Для измерения давлений используют тензорезисторные датчики (манганиновые) или пьезоэлектрические. Термин давление датчикаобозначает избыточное давление, измеренное относительно атмосферного. Статическое давление может быть найдено по формуле:

ρ – плотность, h – высота столба жидкости, g = 9/81 м/с² – ускорение свободного падения, S – площадь поперечного сечения. Тензорезистор, наклеенный на диафрагму (мембрану), позволяет определить давление воздуха или жидкости на эту диафрагму. Как правило, тензорезистор приклеивают на заднюю поверхность диафрагмы, чтобы избежать его повреждения за счет непосредственного давления воздуха или жидкости.

Ёмкостные преобразователи.Принцип действия ёмкостных преобразователей – зависимость электрической ёмкости конденсатора от площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой они находятся. Для плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

Где ε₀ –диэлектрическая постоянная, ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, S – активная площадь, γ – расстояние между обкладками конденсатора. Измерительный сигнал является функцией ёмкости конденсатора C(X). Наиболее часто ёмкостные датчики применяют для измерений давления, уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.

Конструктивно ёмкостный датчик представляет собой плоскопараллельный или цилиндрический конденсатор.

Ёмкостные датчики перемещения: а — плоскопараллельный; б — цилиндрический; 1 и 2 — обкладки конденсатора; 3 — щуп; 4 — исследуемая поверхность.

Бесконтактные емкостные датчики серии capa NCDT (рис.) измеряют расстояние, длину, размер или положение как электропроводящих объектов, так и объектов выполненных из изоляционных материалов. Датчики серии capaNCDT выделяются также высокой разрешающей способностью и стабильностью. Диапазон измерений 0,05… 10 мм, разрешающая способность до 0,004 %.

Емкостные бесконтактные датчики

Емкостные бесконтактные датчики (выключатели) серии ВБЕ могут срабатывать не только от металлических объектов воздействия, но и от диэлектрических материалов, появившихся в зоне чувствительности датчика.

Они имеют пороговый выход и применяются для счета или контроля положения объектов из диэлектрических материалов. Но основное их назначение – контроль предельного уровня сыпучих и жидких материалов в резервуарах. Датчик устанавливается на контролируемом уровне на боковой стенке на высоте контролируемого уровня.

Емкостные датчики уровня серии ДКЕотличаются от датчиков серии ВБЕ тем, что имеют чувствительный элемент, погружаемый в измеряемую среду, и применяются также как и ВБЕ для контроля предельных уровней. Датчики серии ДКЕ могут устанавливаться как на боковой стенке, так и на крышке резервуара. Датчики измерения уровнясерии ДНЕ и системы измерения ДНЕ-ПВСУ имеют аналоговый выход и предназначены для непрерывного измерения уровней жидких и сыпучих сред и одновременного для контроля заданных предельных уровней в резервуарах (танках, силосах, бункерах).

Ёмкостный толщиномер. На бесконтактном ёмкостном принципе измерения работают толщиномеры серии KAPA с пределами измерений по ширине плёнки 400…3000 мм, по толщине до 2000 мкм с точностью 1…5 мкм.

Диапазон измерения толщины покрытия 0…1500 мкм. Предел основной допускаемой погрешности при шероховатости основания Rа<1±0,1 мкм – не более ±0.05h мм, а предел дополнительной погрешности при изменении температуры от 0 до +40 °С – не более ±0.05h, где h – номинальное значение толщины.

Индуктивные преобразователи.Принцип действия индуктивного параметрического датчика основан на преобразовании линейных перемещений в изменение индуктивности катушки.

Преимуществами индуктивного метода измерений являются: непрерывность измерения; возможность регистрации непрерывно изменяющихся величин, что необходимо при контроле параметров зубчатых, колес, перемещений узлов станков и др.; высокая чувствительность и простота конструкции датчиков. Недостатками метода являются сравнительная сложность электрических схем включения датчиков.

Перемещение

Индуктивный параметрический датчик положения. Якорь 2 датчика выполнен в виде диска, расположенного между катушками 6. Изменение величины воздушного зазора равно перемещению измерительного стержня 5 в направляющих втулках. Магнитопроводами датчика служат обоймы 1 и 3. Измерительное усилие в пределах рабочего хода создается пружиной 4, свободный ход измерительного стержня — пружиной 7

Датчик имеет рабочий ход измерительного стержня 0,6—0,8 мм при свободном ходе 4 мм. Пределы измерения по шкале ± 50 мкм при предельной погрешности измерения ± 2 мкм.

Индуктивный толщиномер МК3. В основу его работы положен индукционный принцип получения первичной информации. Толщиномер предназначен для измерения толщины неферромагнитных покрытий на ферромагнитной основе и измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводящих неферромагнитных основаниях.