Capteurs de paramètres technologiques — force, pression, couple
Pour la mise en œuvre d'un contrôle automatisé et très précis des processus technologiques, il est toujours nécessaire de disposer d'informations sur les valeurs actuelles des paramètres technologiques clés. Habituellement, divers capteurs sont utilisés à cette fin: forces, pression, couple, etc. Examinons trois types de capteurs, comprenons le principe de leur fonctionnement.
Tout d'abord, notons que dans la construction de capteurs de force ou de couple, on utilise des éléments sensibles dont certaines propriétés changent en fonction du degré de déformation actuel résultant de l'une ou l'autre influence extérieure.
Il peut s'agir de plaques métalliques élastiques, de ressorts ou d'arbres, dont la déformation est transmise à un élément magnétostrictif, piézoélectrique ou semi-conducteur, dont les paramètres électriques ou magnétiques dépendront directement du degré de déformation. Il suffira de mesurer ce paramètre pour avoir une idée de la taille de la déformation et, par conséquent, de la force (pression, couple).
Jauges de contrainte tensiométriques
La jauge de contrainte la plus simple basée sur convertisseur de fil de jauge de contrainte comprend un élément élastique mécanique qui est soumis à une déformation et une jauge de contrainte qui lui est attachée, dont la déformation est convertie directement en un signal électrique.
Un fil mince (d'un diamètre de 15 à 60 microns) en nichrome, constantan ou ellinvar, qui est plié avec un serpent et fixé sur un support en film, agit comme un capteur à jauge de contrainte. Un tel transducteur est collé sur la surface dont la déformation est à mesurer.
La déformation de l'élément élastique mécanique entraîne l'étirement ou la compression du fil sur sa longueur, tandis que sa section diminue ou augmente, ce qui affecte l'évolution de la résistance du convertisseur au courant électrique.
En mesurant cette résistance (chute de tension à travers elle), on se fait une idée de l'amplitude de la déformation mécanique et, par conséquent, de la force, à condition que les paramètres mécaniques de l'élément déformé soient connus.
Capteurs de couple manomètre
Pour mesurer le moment de force, des éléments élastiques sensibles sous forme de ressorts ou d'arbres minces sont utilisés, qui sont tordus au cours du processus technologique. La déformation angulaire élastique, c'est-à-dire l'angle relatif du début et de la fin du ressort, est mesurée et convertie en un signal électrique.
L'élément élastique est généralement enfermé dans un tube dont une extrémité est fixe et dont l'autre est reliée à un capteur de déplacement angulaire qui mesure l'angle de divergence entre les extrémités du tube et l'élément déformable.
Ainsi, un signal est obtenu qui porte des informations sur l'amplitude du couple.Pour supprimer le signal du ressort, les fils de l'élément résistant à la contrainte sont reliés par des bagues collectrices aux balais.
Capteurs de force magnétostrictifs
Il existe également des capteurs de force avec des transducteurs magnétostrictifs à jauge de contrainte. Utilisé ici le phénomène de magnétostriction inverse (effet Villari), qui consiste dans le fait que lorsqu'une pression est appliquée sur un noyau en alliage fer-nickel (tel que le permaloïde), sa perméabilité magnétique change.
La compression longitudinale du noyau entraîne une expansion ses boucles d'hystérésis, la pente de la boucle diminue, ce qui entraîne une diminution de la valeur de la perméabilité magnétique, respectivement - une diminution de l'inductance ou de l'inductance mutuelle des enroulements du capteur.
Les caractéristiques magnétiques étant non linéaires et également du fait qu'elles sont fortement affectées par la température, il devient nécessaire d'utiliser un circuit de compensation.
Le régime général suivant s'applique à l'indemnisation. Un noyau magnétique magnétostrictif fermé en ferrite de nickel-zinc est soumis à une force mesurable. Un tel noyau ne subit pas de pression de force, mais les enroulements des deux fils sont connectés l'un à l'autre, de sorte qu'un changement dans l'EMF total se produit.
Les enroulements primaires sont identiques et connectés en série, ils sont alimentés en courant alternatif avec une fréquence inférieure à dix kilohertz, tandis que les enroulements secondaires (également les mêmes) sont allumés de manière opposée, et en l'absence d'une force de déformation, la FEM totale est 0. Si la pression sur le premier noyau a augmenté, la FEM totale en sortie est non nulle et proportionnelle à la déformation.