Датчик моментаx (264452)

Измерение крутящего
момента
Измерение крутящего
момента Вращающийся
датчик
крутящего
.
момента
Датчик момента
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
Датчики
крутящего
момента
позволяют
измерять
как______________________________________________________________________
Основой датчика момента является _____________ (тензометрический мост) на
вращающемся валу или оси. Съем сигнала и питание тензомоста может
осуществляться _______________________________ (телеметрическим) способом.
Тензорезистор, наклеенный на вал автомобильного двигателя, или торсионный вал
бурильной машины, позволяет измерить крутящий момент данного вала
Вращающиеся датчики крутящего момента
При нагружении вала аксиальным крутящим моментом происходит его скручивание
на угол пропорциональный крутящему моменту. Этот угол может быть измерен при
помощи индуктивной углоизмерительной системы. Для питания такого датчика
использовались несущие частоты в несколько сотен кГц. чтобы уменьшить габариты
катушек индуктивности системы. Амплитуда переменного измерительного сигнала,
пропорциональная углу скручивания измерительного вала имеет ту же частоту, что и
напряжение питания
Для питания расположенной на вращающемся валу измерительной системы и передачи модулированного по
амплитуде измерительного сигнала применялись трансляторы, построенные по принципу вращающегося
трансформатора. Одна обмотка трансформатора закреплена на статоре, вторая расположена концентрично
первой на роторе. При таком способе измерения из-за аксиальных и радиальных смещений, эксцентричного
вращения, изменения магнитных характеристик материала и магнитных утечек могут возникать поргешности в
измерениях.
Рис.168. Разрез датчика с контактными кольцами
Источник: http://www.alfa-sensor.ru/alfa/plugins/content/mavikthumbnails/thumbnails/178x78-images-stories-lorenztorque_meas_tech-bild06ru.jpg



Датчик с контактными кольцами
В таком случае передача измерительного сигнала тензорезисторного моста, наклеенного на вращающийся вал
произвотся посредством контактных колец, изолированых от вала и друг от друга. Сила нажатия скользящего
контакта должна быть выбрана так, чтобы:
сопротивление контакта было минимальным, а его надёжность к сотрясениям и эксцентричности контактных
колец высокой;
не возникал чрезмерного нагрев и износ контактных пар;
рабочие поверхности были тщательно обработаны.
При высоких скоростях вращения датчики снабжены подъёмными устройствами для щёток, которые опускаются
только для измерений. Недостатком данной технологии является то, что контактные кольца и угольные щётки со
временем изнашиваются и требуют замены.
Рис.169. Принцириальная схема вращающегося датчика с переменным напряжением питания
Источник: http://www.alfa-sensor.ru/alfa/plugins/content/mavikthumbnails/thumbnails/185x173-images-stories-lorenztorque_meas_tech-bild07ru.jpg
От указанных недостатков свободна технология, обеспечивающая бесконтактную передачу измерительного
сигнала с тензорезисторного моста. Измерительный мост питается переменным напряжением и на его выходе
получается пропорциональное крутящему моменту амплитудно-модулированное переменное напряжение,
которые передаются трансформаторной передачей.
Измерение изгибающих деформаций производится при помощи двух или четырех тензорезисторов.
Для двух:
e0 = (E/2)·Ks·ε0
Rg1..деформация – ε0
Rg2..деформация –
-ε0
R – постоянное сопротивление
Рис.170. Измерение деформации изгиба для двух тензорезисторов
Источник: http://www.zetms.ru/support/articles/tenzo/tenzo_shemi.php
Для четырех:
e0 = E·Ks·ε0
Rg1,
Rg2, Rg4 – деформация изгиба – -ε0
Rg3 – деформация
изгиба – ε0
Рис.171. Измерение деформации изгиба для четырех тензорезисторов
Источник: http://www.zetms.ru/support/articles/tenzo/tenzo_shemi.php
Выход тензометрических мостовых схем представлен в единицах деформации (με) или в выходном напряжении
(мВ/В или μВ/В) относительно напряжения питания моста. Эти величины соотносятся согласно следующей
формуле:
e0 = (E/4)·Ks·ε0
Если питание моста Е = 1В и Ks = 2, то 2e0 = ε0 Так, выход по деформации будет в 2 раза больше, чем выходное
напряжение моста.
Для для измерения малых деформаций используют фольговые тензорезисторы, а для больших проволочные.
На вращающемся валу размещен измерительный усилитель для питания тензорезисторного моста и подготовки
измерительного сигнала. Один трансформаторный транслятор служил для питания датчика, другой - для
частотно-модулированной передачи измерительного сигнала.
Рис.172. Усройство современного датчика крутящего момента
Источник: http://www.alfa-sensor.ru/alfa/plugins/content/mavikthumbnails/thumbnails/278x226-images-stories-lorenztorque_meas_tech-bild09ru.jpg
На находящемся в корпусе валу имеется суженное место, где наклеены тензорезисторы и электроника. На
корпусе располагается дополнительная электроника и USB-разъем для электрического подключения датчика.
Для передачи сигнала и энергии служат два вращающихся трансформатора одна из катушек которого закреплена
на роторе, а другая — на статоре. Измерение крутящего момента происходит посредством тензорезисторов на
вращающемся валу. Снятый сигнал тотчас же усиливается, оцифровывается и попадает в процессор, который
обрабатывает его для передачи через трансформаторный транслятор в форме последовательного кода. Большое
преимущество данного транслятора в его двухстороннем применении.
Сигналы могут передаваться как от вращающегося ротора к статору, так и в противоположном направлении.
Типичным примером передачи команд является контрольное включение для проверки датчика. Так же через
трансформаторный
транслятор
происходит
питание
вращающейся
электроники.
В статоре сигнал с данными измерения обрабатывается и преобразуется в процессоре в последовательный
сигнал. Далее следует конвертер, который отвечает за конвертированиепоследовательных данных в USBпротокол. В заключение, данные передаются по USB-интерфейсу на компьютер.
Рис.173. Датчик крутящего момента
Источник: http://www.alfa-sensor.ru/alfa/images/stories/lorenz/dream_team/dr2554en.jpg
Использование процессоров позволяет сохранить в датчике крутящего момента такие данные, как серийный
номер, калибровочные значения, измерительный диапазон, дату калибровки и т.д. Эти данные считываются
программным обеспечением для автоматической конфигурации, что ведёт к повышению надёжности работы
измерительного устройства.Так как для питания датчика используется постоянное напряжение 5 В от USBинтефейса, нет необходимости в дополнительных источниках питания.
Информация о направлении вращения берётся из фазового смещения двух каналов угла. Датчик выдает не
обычный TTL-сигнал, а уже подготовленный сигнал в градусах. Тем самым к измеренному моменту всегда
выдаётся соответствующий угол.
Измерение частоты вращения происходит путём продолжительного замера периодов, сигнал выдается в виде
скорости вращения (мин-1).
Данные измерений, управляющие команды, контрольные суммы и т.д. происходит через USB-интерфейс на
компьютер (рис.174).
Рис.174. Передача данных между компьютером и датчиком крутящего момента
Источник:
http://www.alfa-sensor.ru/alfa/images/stories/lorenz/images/publikationen/Data-communication_PCsensor1.jpg
1.
2.
3.
4.
Вопросы для повторения
Что такое датчик момента?
Каковы недостатки датчиков с контактными кольцами?
Для чего нужен измерительный усилитель?
Какой сигнал выдает датчик?
http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2393/Teooria.zip/_76.html