درک گشتاور یک روش کلیدی برای جلوگیری از آسیب به ماشین ها و تضمین طول عمر طولانی است. همه ما در مورد گشتاور شنیده ایم، اما این گشتاور چیست و چگونه در سیستم های خودکار اندازه گیری می شود؟

گشتاور یک کمیت فیزیکی مهم است که نیرویی را که باعث چرخش یا پیچش یک جسم می شود اندازه گیری می کند. با ضرب نیروی وارد شده به جسم در فاصله نقطه اعمال تا مرکز محور چرخش محاسبه می شود. بر حسب نیوتن متر (Nm) یا فوت پوند (lb-ft) اندازه گیری می شود.

سنسورهای گشتاور نوعی حسگر نیرو هستند که می توانند نیروی دورانی یا گشتاور اعمال شده به یک جسم را اندازه گیری کنند. آنها می توانند بر عملکرد ماشین آلات، موتورها و سایر سیستم های مکانیکی نظارت، کنترل و بهینه سازی کنند. سنسورهای گشتاور در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی و علمی استفاده می شوند.

این مقاله اصول کار سنسورهای گشتاور، مبدل گشتاور ، انواع سنسورهای گشتاور و کاربردهای مختلف آنها را بررسی می کند.

اصول کار سنسور گشتاور

اصل کار سنسور گشتاور اندازه گیری انحراف یا کرنش یک ماده هنگام اعمال گشتاور به آن است. روش های مختلفی برای اندازه گیری این انحراف یا کرنش استفاده می شود، اما اکثر سنسورهای گشتاور یکی از دو روش اصلی را استفاده می کنند: کرنش سنج یا سنسورهای مغناطیسی الاستیک.

استرین گیج

کرنش سنج ها دستگاه های کوچکی هستند که به سطح ماده متصل می شوند و کرنش را اندازه گیری می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که یک گشتاور به یک ماده اعمال می شود، باعث تغییر شکل می شود که توسط گیج تشخیص داده می شود. سپس این فشار به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود که می تواند اندازه گیری و تجزیه و تحلیل شود. کرنش سنج ها اغلب در ترکیب با انواع دیگر حسگرها برای اندازه گیری سایر پدیده های فیزیکی مانند فشار، دما و ارتعاش استفاده می شوند. برخی از کاربردهای رایج کرنش سنج ها شامل لودسل ها و مبدل های فشار است.

سنسور مغناطیسی الاستیک

یک حسگر مغناطیسی الاستیک از یک میدان مغناطیسی برای تشخیص کرنش یک ماده استفاده می کند. گشتاور اعمال شده به ماده باعث تغییراتی در میدان مغناطیسی آن می شود که سپس توسط سنسور اندازه گیری می شود. تغییر میدان مغناطیسی متناسب با گشتاور اعمال شده است. سنسورهای مغناطیسی الاستیک برای استفاده در محیط های خشن از جمله دماهای بالا، ارتعاش زیاد و محیط های خورنده مناسب هستند.

مبدل های گشتاور

مبدل های گشتاور، گشتاور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. آنها از یک شفت چرخان با سنج های فشار یا سنسورهای مغناطیسی الاستیک تشکیل شده اند. هنگامی که گشتاور اعمال می شود، این حسگرها تغییر شکل می دهند و مقدار تغییر شکل با استفاده از مدارهای الکتریکی خاص به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.

یکی از رایج ترین مدارهای الکتریکی تهویه مورد استفاده، مدار پل وتستون است . این روش آرایه مقاومتی شامل آرایش دو مدار تقسیم کننده ولتاژ موازی است که ولتاژ خروجی نسبی آنها با توجه به گشتاور اعمال شده تغییر می کند.

مبدل‌های گشتاور در اندازه‌ها، شکل‌ها و محدوده‌های اندازه‌گیری مختلف، بسته به نیازهای کاربرد، وجود دارند.

انواع سنسور گشتاور

دو نوع اصلی سنسور گشتاور وجود دارد: استاتیک و دینامیک.

سنسورهای گشتاور استاتیک

سنسورهای گشتاور استاتیک گشتاور را در یک موقعیت ثابت یا ثابت بدون هیچ حرکت یا چرخشی اندازه گیری می کنند. این حسگرها معمولاً در محیط های آزمایشگاهی و تحقیقاتی که نیاز به اندازه گیری های دقیق و دقیق دارند استفاده می شوند. آنها همچنین در کاربردهای صنعتی، بیشتر برای کنترل کیفیت استفاده می شوند.

سنسورهای گشتاور دینامیکی

برخلاف نوع استاتیک، سنسورهای گشتاور دینامیکی گشتاور را در یک سیستم متحرک یا چرخان اندازه گیری می کنند. آنها پیچیده تر از سنسورهای استاتیک هستند زیرا چرخش شفت نمی تواند متوقف شود. بنابراین، اندازه‌گیری‌ها بلادرنگ در نظر گرفته می‌شوند.

همچنین سنسورهای دینامیک نیروی شفت را تامین می کنند، در حالی که سنسورهای استاتیک این کار را نمی کنند. در نتیجه، اندازه گیری گشتاور دینامیکی امکان محاسبه توان شفت را فراهم می کند. دانستن این مقدار برای کنترل موثر یک مکانیسم، بهبود بارهای چرخه ای، و کاهش خستگی و خرابی ضروری است.

سنسورهای گشتاور دینامیکی در کاربردهای صنعتی مختلف که نیاز به اندازه گیری گشتاور در زمان واقعی دارند استفاده می شوند. یکی از مهمترین وظایفی که آنها می توانند انجام دهند نظارت و کنترل عملکرد موتورها، توربین ها و مکانیسم های دیگر است.

کاربرد سنسورهای گشتاور

موارد زیر برخی از رایج ترین کاربردهای سنسورهای گشتاور هستند:

ساخت و تولید : هدف اصلی حسگرهای گشتاور در تولید ، کنترل عملکرد ماشین آلات و سیستم های مکانیکی، از جمله خطوط مونتاژ کامل و سیستم های رباتیک است. آنها همچنین ممکن است در یک محیط آزمایشگاهی برای آزمایش و کنترل کیفیت استفاده شوند.

هوافضا : موتورها و توربین های هواپیما برای نظارت بر عملکرد به حسگرهای گشتاور متکی هستند. حسگرهای گشتاور نیز برای تحقیق و توسعه فناوری‌های جدید هوافضا مانند پیشرانه و سطوح کنترل استفاده می‌شوند.

خودرو : سنسورهای گشتاور برای اندازه گیری گشتاور خروجی موتورها و گیربکس ها بسیار مهم هستند.