Teknisten parametrien anturit - voima, paine, vääntömomentti
Teknisten prosessien automatisoidun ja erittäin tarkan ohjauksen toteuttamiseksi on aina tarpeen, että käytettävissäsi on tiedot tärkeimpien teknisten parametrien nykyisistä arvoista. Yleensä tähän tarkoitukseen käytetään erilaisia antureita: voimat, paine, vääntömomentti jne. Katsotaanpa kolmen tyyppisiä antureita, ymmärretään niiden toimintaperiaate.
Ensinnäkin todetaan, että voima- tai vääntömomenttianturien rakentamisessa käytetään herkkiä elementtejä, joiden tietyt ominaisuudet muuttuvat yhdestä tai toisesta ulkoisesta vaikutuksesta johtuvan nykyisen muodonmuutosasteen mukaan.
Nämä voivat olla elastisia metallilevyjä, jousia tai akseleita, joiden muodonmuutos välittyy magnetostriktiiviseen, pietsosähköiseen tai puolijohdeelementtiin, jonka sähköiset tai magneettiset parametrit riippuvat suoraan muodonmuutosasteesta. Riittää, kun mittaat tämän parametrin, jotta saat käsityksen muodonmuutoksen koosta ja vastaavasti voimasta (paine, vääntömomentti).
Tensometriset venymämittarit
Yksinkertaisin venymämittari perustuu venymämittarin langanmuunnin sisältää mekaanisen elastisen elementin, joka altistuu muodonmuutokselle, ja siihen kiinnitetyn venymämittarin, jonka muodonmuutos muunnetaan suoraan sähköiseksi signaaliksi.
Ohut (halkaisijaltaan 15-60 mikronia) nikromi-, konstantaani- tai ellinvar-lanka, joka on taitettu käärmeellä ja kiinnitetty kalvotaustalle, toimii venymämittarin anturina. Tällainen anturi liimataan pintaan, jonka muodonmuutos mitataan.
Mekaanisen elastisen elementin muodonmuutos johtaa langan venymiseen tai puristumiseen sen pituudella, kun taas sen poikkileikkaus pienenee tai kasvaa, mikä vaikuttaa muuntimen sähkövirran vastuksen muutokseen.
Mittaamalla tätä vastusta (jännitehäviö sen yli) saamme käsityksen mekaanisen muodonmuutoksen suuruudesta ja vastaavasti voimasta, edellyttäen, että muodonmuutoselementin mekaaniset parametrit tunnetaan.
Painemittarin vääntömomenttianturit
Voimamomentin mittaamiseen käytetään herkkiä elastisia elementtejä jousien tai ohuiden akselien muodossa, jotka kierretään teknologisen prosessin aikana. Elastinen kulmamuodonmuutos eli jousen alun ja lopun suhteellinen kulma mitataan ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi.
Elastinen elementti on yleensä suljettu putkeen, jonka toinen pää on kiinteästi paikallaan ja toinen on yhdistetty kulmasiirtymäanturiin, joka mittaa putken päiden ja muotoaan muuttavan elementin välistä divergenttikulmaa.
Siten saadaan signaali, joka kuljettaa tietoa vääntömomentin suuruudesta.Signaalin poistamiseksi jousesta jännitysvastuselementin johdot liitetään liukurenkailla harjoihin.
Magnetostriktiiviset voimaanturit
On myös voimaantureita, joissa on venymämittarin magnetostriktiiviset muuntimet. Käytetty täällä käänteinen magnetostriktioilmiö (Villari-ilmiö), joka koostuu siitä, että kun painetta kohdistetaan rauta-nikkeli-seoksesta (kuten permaloidista) valmistettuun ytimeen, sen magneettinen permeabiliteetti muuttuu.
Ytimen pituussuuntainen puristus johtaa laajenemiseen sen hystereesisilmukat, silmukan jyrkkyys pienenee, mikä johtaa vastaavasti magneettisen permeabiliteetin arvon laskuun - anturin käämien induktanssin tai keskinäisen induktanssin pienenemiseen.
Koska magneettiset ominaisuudet ovat epälineaarisia ja myös siksi, että lämpötila vaikuttaa niihin merkittävästi, on tarpeen käyttää kompensointipiiriä.
Korvaukseen sovelletaan seuraavaa yleistä järjestelmää. Nikkeli-sinkkiferriitistä valmistettu suljettu magnetostriktiivinen magneettisydän altistetaan mitattavalle voimalle. Tällainen sydän ei koe voimapainetta, mutta kahden johtimen käämit on kytketty toisiinsa, joten kokonais-EMF muuttuu.
Ensiökäämit ovat identtisiä ja kytketty sarjaan, ne saavat tehonsa vaihtovirralla, jonka taajuus on kymmenen kilohertsin sisällä, kun taas toisiokäämit (myös samat) kytketään päälle vastakkaisesti, ja muodonmuutosvoiman puuttuessa kokonais-EMF on 0. Jos paine ensimmäiseen ytimeen kasvoi, kokonais-EMF lähdössä on nollasta poikkeava ja verrannollinen muodonmuutokseen.