Измерение давлений, сил и крутящих моментов

Значительную долю измерений, выполняемых в промышленности, составляют измерения давлений, сил и крутящих моментов. В большинстве случаев указанные физические величины предварительно преобразуются в линейное или угловое перемещение или в деформацию, которые в свою очередь преобразуются в электрический сигнал. Измерение давлений уже рассмотрены в разделе 14.2 «Измерение давлений».

Измерение сил и крутящих моментов.

При измерениях сил и крутящих моментов чаще всего используются упругие элементы, осуществляющие преобразование этих физических величин в линейное или угловое перемещение или деформацию. Для восприятия больших усилий (свыше 10 кН) используются, как правило, сплошные стержни; для мень­ших усилий (1-10 кН) - полые тонкостенные стержни и кольца, а для малых усилий - плоские пружины, и мембраны с жестким центром. Для преобразования крутящего момента в угловое перемещение используются сплошные и полые валы круглого и квадратного сечения, подвесы, растяжки и спиральные пружины. Описанные упругие элементы применяются совместно с преобразователями деформаций или преобразователями угловых или линейных перемещений различных типов. При измерениях сил и моментов также используются преобразователи в электрический параметр, не требующее применения дополнительных упругих элементов. К таким преобразователям относится, например, магнитоупругий датчик силы, емкостные и пьезоэлектрические преобразователи силы. Действие емкостных преобразователей силы основано на деформации изоляции между обкладками конденсатора под воздействием силы, что приводит к изменению емкости. Действие пьезоэлектрического преобразователя силы принципиально не отличается от действия рассмотренного выше пьезоэлектрического преобразователя давления Z J.

Рисунок 16.27 - Фотоэлектрический преобразователь момента

При измерениях силы иногда находят применение струнные преобразователи, действие которых основано на зависимости собственной частоты колебаний натянутой струны от силы натяжения. Выходной величиной преобразователя в этом случае является частота выходного сигнала. При измерениях крутящего момента на вращающемся валу предпочтение отдается преобразователям, которые не требуют проводников для подвода тока к вращающимся частям. К таким преобразователям, в частности, относятся: фотоэлектрический преобразователь момента, индуктивный преобразователь с неподвижными обмотками, фазоимпульсный преобразователь момента. Так, например, фотоэлектрический преобразователь момента (рисунок 16.27) содержит два диска, укрепленных на концах базового участка вала 1. В дисках прорезаны радиальные щели, через которые луч света от источника 4 проходит к фотоэлементу 5. При отсутствии крутящего момента щели в дисках совпадают. При увеличении крутящего момента возрастает угловой сдвиг между щелями в дисках, в результате чего уменьшается средняя освещенность фотоэлемента.