Sensores de parâmetros tecnológicos — força, pressão, torque

Para a implementação de um controle automatizado e altamente preciso de processos tecnológicos, é sempre necessário ter à sua disposição informações sobre os valores atuais dos principais parâmetros tecnológicos. Normalmente, vários sensores são usados ​​\u200b\u200bpara esse fim: forças, pressão, torque, etc. Vejamos três tipos de sensores, vamos entender o princípio de sua operação.

Em primeiro lugar, notamos que na construção de sensores de força ou torque, são utilizados elementos sensíveis, cujas propriedades mudam de acordo com o grau atual de deformação resultante de uma ou outra influência externa.

Podem ser placas metálicas elásticas, molas ou eixos, cuja deformação é transmitida a um elemento magnetoestrictivo, piezoelétrico ou semicondutor, cujos parâmetros elétricos ou magnéticos dependerão diretamente do grau de deformação. Será suficiente medir este parâmetro para ter uma ideia do tamanho da deformação e, consequentemente, da força (pressão, torque).

Extensômetros tensométricos

O extensômetro mais simples baseado em conversor de fio de medidor de tensão inclui um elemento elástico mecânico que é submetido a deformação e um extensômetro a ele acoplado, cuja deformação é convertida diretamente em um sinal elétrico.

Um fio fino (com um diâmetro de 15 a 60 mícrons) de nicromo, constantan ou elinvar, que é dobrado com uma cobra e fixado em um suporte de filme, atua como um sensor de medidor de tensão. Tal transdutor é colado à superfície cuja deformação deve ser medida.

A deformação do elemento elástico mecânico leva ao alongamento ou compressão do fio ao longo de seu comprimento, enquanto sua seção transversal diminui ou aumenta, o que afeta a mudança na resistência do conversor à corrente elétrica.

Ao medir essa resistência (queda de tensão sobre ela), temos uma ideia da magnitude da deformação mecânica e, consequentemente, da força, desde que os parâmetros mecânicos do elemento deformado sejam conhecidos.

Sensores de torque do medidor de pressão

Para medir o momento de força, são utilizados elementos elásticos sensíveis na forma de molas ou eixos finos, que são torcidos durante o processo tecnológico. A deformação angular elástica, ou seja, o ângulo relativo do início e fim da mola, é medida e convertida em sinal elétrico.

O elemento elástico é geralmente encerrado em um tubo, cuja extremidade é fixa estacionária e a outra é conectada a um sensor de deslocamento angular que mede o ângulo de divergência entre as extremidades do tubo e o elemento deformável.

Assim, é obtido um sinal que carrega informações sobre a magnitude do torque.Para remover o sinal da mola, os fios do elemento do resistor de deformação são conectados por anéis coletores às escovas.

Sensores de força magnetostrictiva

Existem também sensores de força com transdutores magnetoestrictivos de extensômetros. Usado aqui o fenômeno de magnetostricção inversa (efeito Villari), que consiste no fato de que quando a pressão é aplicada a um núcleo feito de uma liga de ferro-níquel (como permaloid), sua permeabilidade magnética muda.

A compressão longitudinal do núcleo leva à expansão seus loops de histerese, a inclinação do loop diminui, o que leva a uma diminuição no valor da permeabilidade magnética, respectivamente - a uma diminuição na indutância ou indutância mútua dos enrolamentos do sensor.

Como as características magnéticas são não lineares e também devido ao fato de serem significativamente afetadas pela temperatura, torna-se necessário o uso de um circuito de compensação.

O seguinte esquema geral aplica-se à compensação. Um núcleo magnético magnetostritivo fechado feito de ferrita de níquel-zinco é submetido a uma força mensurável. Esse núcleo não sofre pressão de força, mas os enrolamentos dos dois fios são conectados um ao outro, de modo que ocorre uma mudança no EMF total.

Os enrolamentos primários são idênticos e conectados em série, são alimentados por corrente alternada com frequência de dez quilohertz, enquanto os enrolamentos secundários (também os mesmos) são ligados de forma oposta e, na ausência de força deformante, o EMF total é 0. Se a pressão no primeiro núcleo aumentou, o EMF total na saída é diferente de zero e proporcional à deformação.