Czujniki momentu – zasada działania i budowa
Czujniki momentu to urządzenia służące do pomiaru momentu siły. Moment siły jest wielkością powodującą obrót lub skręcanie wału, na który działa. Pod wpływem działającego na wał momentu siły występują w nim naprężenia skręcające. Czujniki momentu za pomocą układów tensometrycznych mierzą występujące pod wpływem tych naprężeń bardzo małe wartości przemieszczenia kątowego (skręcenia). Pomiarowy mostek tensometryczny jest przyklejony na tzw. elemencie torsyjnym. Jest to metalowy element specjalnie zaprojektowany dla zakresu pomiarowego danego czujnika momentu. Przenosi on moment obrotowy napędu na wałek odbiorczy i ulega skręceniu proporcjonalnie do działającego momentu siły. Znajomość właściwości materiału, z którego zbudowany jest element torsyjny oraz dokładna kalibracja czujnika w laboratorium umożliwiają wyznaczenie wielkości działającego momentu na podstawie sygnału z tensometrów. Sygnał ten jest następnie wzmacniany lub zamieniany na postać cyfrową. Rozwój elektroniki i miniaturyzacja umożliwiły umieszczenie na części skręcanej czujnika, oprócz samego mostka tensometrycznego, całego układu przetwornika analogowo-cyfrowego oraz, jak w przypadku naszych czujników także bezprzewodowego systemu transmisji. Ostatnim elementem układu pomiarowego momentu obrotowego lub statycznego momentu siły, w przypadku czujników TILKOM, jest dowolny przetwornik sygnału cyfrowego właściwego naszym czujnikom, na dowolny sygnał standardowy analogowy lub cyfrowy wykorzystywany w przemyśle i automatyce (0-10V, 4-20mA, 0-5V, -10…10V, RS-232, RS-485, MODBUS, Ethernet).
Czujniki momentu obrotowego do pomiaru na wałach ruchomych
Czujniki momentu dzielą się na dwie główne kategorie w zależności czy mierzą moment na nieruchomej osi, czy też na wale obracającym się. W przypadku wałów ruchomych mówimy o pomiarze momentu obrotowego. Czujniki momentu obrotowego wymagają rozwiązań umożliwiających przesyłanie sygnału z wirującego elementu torsyjnego. W starszych konstrukcjach wykorzystywane były pierścienie ślizgowe i komutatory szczotkowe. W nowoczesnych konstrukcjach, takich jak czujniki momentu TILKOM, sygnał przesyłany jest bezprzewodowo. Zasilanie układu tensometrycznego w części wirującej realizowane jest również bezprzewodowo – poprzez indukcję elektromagnetyczną. Rozwiązania oparte o układ szczotek, choć ciągle wykorzystywane w niektórych czujnikach należy w obecnych czasach uznać za przestarzałe. Czujniki momentu oparte o system bezprzewodowej transmisji i zasilania nazywany również telemetrycznym są znacznie trwalsze (brak elementów zużywających się), precyzyjniejsze (brak zakłóceń i szumów dzięki przesyłaniu sygnału cyfrowego) oraz pozwalają osiągać znacznie większe prędkości obrotowe. Czujniki momentu obrotowego o bezprzewodowym przesyle sygnału z elementu wirującego nazywane są również bezkontaktowymi (ze względu na brak szczotek, które jak już wspomniano kiedyś były rozwiązaniem powszechnym). Bezkontaktowe czujniki momentu mogą być pozbawione łożysk, jak w przypadku modelu TILKOM M40, co pozwala osiągnąć bardzo wysoką prędkość obrotową do 20 tyś. obr/min. Modele ułożyskowane pozwalają natomiast na pozbycie się podstawy czujnika i montaż jedynie elementu na wale. Dzięki zastosowaniu łożysk zewmnętrzna część czujnika zawierająca elektronikę oraz gniazda pomiarowe i zasilające pozostaje nieruchoma. Czujniki zawierające łożyska pozwalają uzyskiwać mniejsze, choć w wielu przypadkach wystarczające, maksymalne prędkości obrotowe. Przykładowo bezłożyskowy czujnik momentu M20C posiada maksymalną prędkości 10 tyś. obr/min.
Czujniki momentu siły do pomiaru wałów statycznych
Niekiedy zdarza się sytuacja, w której badany wał nie obraca się, a jest jedynie poddany skręcaniu. W takim przypadku nie ma potrzeby stosowania czujników z możliwością obrotu. W naszej ofercie można znaleźć odpowiedni do tego czujnik momentu MA20. Jego konstrukcja jest prostsza, cena niższa. Znajduje on zastosowanie podczas badania nieobrotowych wałów skrętnych. Innym przykładem nieobrotowego czujnika momentu jest MA20B. Dzięki znormalizowanemu kwadratowemu wałkowi nadaje się on idealnie do sprawdzania i kalibracji narzędzi ręcznych.
Wielokomponentowe i wieloosiowe czujniki siły i momentu
Najbardziej złożonymi czujnikami momentu są te pozwalające jednocześnie mierzyć momenty oraz siły działające w różnych płaszczyznach. Maksymalnie jednocześnie można mierzyć do 6 składowych stanu obciążenia, składającego się z 3 sił (Fx, Fz, Fy) oraz 3 momentów (Mx, My, Mz). Służy do tego 6-komponentowy dynamometr taki jak M36 Znajduje on zastosowanie szczególnie w robotyce, dostarczając pełnej informacji o stanie obciążenia końcówki manipulatora.
