Caracteristicile și principiul de funcționare al senzorilor de cuplu

Caracteristicile și principiul de funcționare al senzorilor de cuplu

 

Senzorii de cuplu au devenit rapid o componentă esențială în diverse industrii, impunându-se ca o parte indispensabilă a familiei de senzori.

 

I. Caracteristicile senzorilor de cuplu:

 

1. Capacitate de măsurare: Pot măsura atât cuplul static, cât și cuplul dinamic, precum și cuplul staționar și cuplul de rotație.

2. Precizie și stabilitate ridicate: oferă o precizie ridicată de detecție și o stabilitate bună și sunt proiectate pentru a preveni interferențele.

3. Compact și ușor: acești senzori au dimensiuni mici, ușoare și vin în diferite structuri de instalare, făcându-i ușor de instalat și utilizat. Ele pot măsura continuu cuplurile pozitive și negative, fără a fi necesară resetarea la zero.

4. Durabilitate: Fără piese de uzură, cum ar fi inelele conductoare, pot funcționa la viteze mari pentru perioade îndelungate.

5. Ieșire semnal direct: Senzorii emit semnale de frecvență la nivel înalt care pot fi procesate direct de computere.

6. Capacitate mare de suprasarcină: elementul elastic utilizat în acești senzori poate rezista la suprasarcini foarte mari.

 

II. Principiul de măsurare al senzorilor de cuplu:

 

Extensometrele speciale de torsiune sunt atașate la arborele elastic care se măsoară, formând o punte de deformare. Atunci când această punte este furnizată cu energie, acesta poate măsura semnalul electric de torsiune al arborelui elastic. Acest semnal de deformare este amplificat și convertit într-un semnal de frecvență proporțional cu reacția de torsiune printr-o conversie presiune/frecvență. Intrarea de energie și ieșirea semnalului pentru acest sistem sunt gestionate de două seturi de transformatoare speciale în formă de inel care facilitează energia fără contact și transmiterea semnalului.

 

III. Principiul structural al senzorilor de cuplu:

 

Un senzor de cuplu de bază este format prin atașarea benzilor speciale de măsurare a torsii la un arbore elastic special, creând o punte electrică variabilă. Următoarele componente sunt fixate pe arbore:

1. Bobina secundară a transformatorului inel de energie,

2. Bobina primară a transformatorului inelului de semnal,

3. O placă de circuit imprimat pe arbore, care include sursa de alimentare pentru redresare și stabilizare, circuit de amplificare a instrumentației, circuit de conversie V/F (tensiune la frecvență) și circuit de ieșire a semnalului.

 

IV. Procesul de lucru al senzorilor de cuplu:

 

Senzorului este furnizată o sursă de alimentare de 15 V. Un oscilator cu cristal din circuitul magnetic generează o undă pătrată de 400 Hz, care este amplificată de amplificatorul de putere TDA2030 pentru a produce o sursă de alimentare magnetică de curent alternativ. Această putere este transmisă de la bobina primară staționară la bobina secundară rotativă prin transformatorul inel de energie T1. Puterea AC rezultată este rectificată și filtrată de circuitul de pe arbore pentru a obține o sursă de alimentare de 5V DC, care alimentează amplificatorul operațional AD822. O sursă de alimentare de înaltă precizie de 4,5 V CC, produsă de sursa de alimentare de referință AD589 și amplificatorul operațional dublu AD822, este utilizată pentru a alimenta puntea, amplificatorul și convertorul V/F.

 

Când arborele elastic suferă torsiune, semnalul de deformare la nivel mV detectat de puntea de deformare este amplificat la un semnal puternic de 1,5 V până la 1 V de către amplificatorul de instrumentare AD620. Acest semnal este apoi convertit într-un semnal de frecvență de către convertorul V/F LM131. Semnalul de frecvență este transmis de la bobina primară rotativă la bobina secundară staționară prin transformatorul inel de semnal T2. După filtrarea și modelarea de către circuitul de procesare a semnalului din carcasa senzorului, se obține semnalul de frecvență, care este proporțional cu cuplul aplicat arborelui elastic. Deoarece există doar un mic spațiu de câțiva milimetri între inelele în mișcare și cele statice, iar o parte a arborelui senzorului este închisă într-o carcasă metalică, se obține o ecranare eficientă, rezultând o capacitate puternică anti-interferență.