6.2.2 Датчики зусилля

Магнітопружні датчики зусилля (МДЗ) використовують здатність матеріалу змінювати величину магнітного опору, тобто магнітну пружність

під впливом пружних механічних деформацій.

Самий простий магнітопружний датчик, дросельного типу зображений на рис. 6.12.

Рис. 6.12 Магнітопружний датчик дросельного типу

Під впливом зусилля F змінюється магнітна проникність магнітопровода, змінюється в зв'язки з цим індуктивність котушки і кінцевому рахунку – струм через обмотку.

П'єзоелектричні датчики зусиль (ПДЗ) використовують властивості п’єзоелемента міняти амплітуду власних механічних коливань і, відповідно, різницю потенціалів на його електродах залежно від величини докладеного зусилля.

Простий ПДЗ складається з двох однакових п’єзоелементів, сполучених в стовпчик через струмопровідну заземлену прокладку, причому один з них підключений до генератора електричних сінусоїдальних сигналів, а інший – до вимірювального виходу (рис. 6.13а).

а) б)

Рис. 6.13 П'єзоелектричні датчики зусиль

Досконалішими є ПДЗ, що використовують п'єзоелектричні трансформатори з двома системами електродів, до однієї з яких підключений генератор електричних коливань, а до іншої – вимірювальний вихід (рис.6.13б). Тут: 1, 3 демпфуючі прокладки, 2 – п'єзоелектричний трансформатор.

Фактична площа контактів, визначається доторканням поверхні пьезоэлемента з поверхнями демпфуючих прокладок 1 і 3, і залежить від величини докладеного зусилля F.

Для підвищення чутливості ПДЗ застосовують складені перетворювачі (рис. 6.14.).

Рис. 6.14 Складені перетворювачі

Між п'єзоелектричними трансформаторами, сполученими в стовпчик поміщені демпфуючі прокладки. Трансформатори сполучені каскадно через підсилювачі.

Такі ПДЗ застосовують для вимірювання малих зусиль .

6.2.3 Датчики моменту обертання і швидкості

Датчики моменту обертання (ДМО) будуються по методу послідовного перетворення: момент обертання – переміщення або зусилля – необхідний вихідний параметр. Датчиків, які перетворюють момент обертання безпосередньо в електричний сигнал не існує.

ДМО, як правило, включають сприймаючий 1, проміжний 2 і виконавчий 3 елементи (рис.6.15).

Рис. 6.15 Структура датчика момента обертання

Сприймаючий елемент – це, зазвичай, пружний елемент, через який відбувається передача обертання. Як правило, це вал механізму або сполучні ланки між валом і ободом колеса.

В якості виконавчих елементів ДМО можуть бути застосовані будь-які типи датчиків переміщення.

ДМО, що випускаються промисловістю, мають контактне і безконтактне виконання.

Найбільшого поширення набули магнітопружні і фотоелектричні ДМО.

На рис. 6.16. показаний фотоелектричний ДМО.

Рис. 6.16 Фотоелектричний ДМО

Момент, прикладений до валу, викликає його скручування, особливо на ділянці з меншим діаметром. На рис. 6.17. показана діаграма сигналів, що знімаються з фотоприймача.

Рис. 6.17 Діаграма сигналів фотоелектричного ДМО

Датчик лінійної швидкості малих переміщень представлений на рис. 6.18.

Рис. 6.18 Датчик лінійної швидкості малих переміщень

При переміщенні якоря в обмотці датчика наводиться ЕРС, пропорційна швидкості зміни потоку Ф.

У відомих межах можна отримати лінійну залежність потоку Ф від переміщення х:

Ф = Ф₀ + кх, Ф = Ф₀ + Ф_х,

де к – коефіцієнт пропорційності.

При цьому

Для вимірювання швидкості обертання широко використовуються тахогенератори (ТГ). Тахогенератори – малопотужні електричні машини. Є ТГ постійного струму і змінного струму (асинхронні ТГ).