موضوع مقاله: حسگر گشتاور | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # حسگر گشتاور | مقدمه: حسگر یا ترانسدیوسر گشتاور ، وسیله ایست برای تبدیل، گشتاور استاتیکی و گشتاور دینامیکی وجود دارد. | ## بخش 1: حسگر گشتاور | اندازه‌گیری گشتاور استاتیکی به‌طور نسبی ساده‌است اما اندازه‌گیری گشتاور دینامیکی به دلیل اینکه نیاز به انتقال اثراتی مثل الکتریسیته و مغناطیس از شفت تحت اندازه‌گیری، به یک سیستم استاتیک دارد به مراتب مشکل‌تر است. معمولاً حسگرهایی که به عنوان حسگر گشتاور به کار می‌روند از نوع کرنش‌سنج هستند که روی شفت در حال چرخش سوار می‌شوند. به دلیل اینکه حسگر نیاز به تغذیه دارد و در ضمن سیگنال خروجی هم باید قرائت شود، اندازه‌گیری گشتاور دینامیکی کمی مشکلتر می‌شود. برای این کار معمولاً در سیستم‌های قدیمی تر از رینگ‌های لغزنندهٔ حلقوی استفاده می‌شد که در سیستم‌های نو از حسگرهای وایرلس استفاده می‌شود. بعلاوه با کمک روش‌های ارسال وایرلس اکنون حتی :مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال رکوردرهاراهم می‌توان روی شفت قرار داد و دقت اندازه‌گیری را به میزان زیادی افزایش داد. فرض کنید دو عدد شانه سر را طوری در هم فروکنید که دندانه‌های آن‌ها هیچ تماسی با هم نداشته باشند. در این حالت شما ساختاری را درست کرده‌اید که به آن اصطلاحاً مبدل اینتردیجیتال یا IDT می‌گویند. اکنون اگر این ساختار را با ماده‌ای مناسب روی یک زیر لایه از جنس پیزوالکتریک (مثلاً کوارتز) پیاده کنید و به دو سر آن یک ولتاژ AC با فرکانسی مشخص اعمال کنید در سطح ماده زیر لایه موجی سطحی منتشر خواهد شد که به آن SAW می‌گویند. اگر در طرف دیگر زیر لایه یک ساختار IDT دیگر داشته باشیم پس از تولید موج سطحی توسط IDT اول، دو سر IDT دوم ولتاژی ایجاد خواهد شد که فرکانس آن با فرکانس موج ورودی در شرایط نرمال که هیچ اثر مکانیکی از خارج بر زیر لایه وارد نشده‌است تقریباً یکی است. اما با اعمال کمیتی نظیر فشار یا کشش یا دما و… بر زیر لایه فرکانس موج سطحی دو سر IDT خروجی با فرکانس تولیدی در IDT اول متناسب با تغییر مکانیکی اعمال شده (که آن را در قالب تغییرات جرم یا mass loading می‌شناسیم) تغییر خواهد کرد. فرکانس تولیدی در IDT اول بسته به فاصله دندانه‌های شانه‌ای شکل آن از یکدیگر، شکل و طول آن‌ها در راستای عمود بر سطح دندانه‌ها در سطح زیر لایه منتشر می‌شود. اکنون با اعمال یک موج RF (معمولاً ۲۰۰ مگاهرتزی) به صورت وایرلس به SAW، در طرف دیگر آن بسته به میزان دوران و گشتاور اعمال شده از شفت به SAW به عنوان اثر بار، فرکانس موج دریافتی تا یک مگاهرتز تغییر خواهد کرد. اندازه‌گیری گشتاور گشتاور با حس کردن انحراف حقیقی محور ایجاد شده توسط یک نیروی پیچشی یا با آشکار کردن آثار این انحراف اندازه‌گیری می‌شود. | ## بخش 2: حسگر گشتاور | برای اندازه‌گیری گشتاور، معمولاً عناصر استرین گیج به صورت جفت روی محور نصب شده‌اند. یک گیج افزایش در طول را اندازه می‌گیرد (در جهتی که سطح تحت کشش است) و گیج دیگر کاهش طول را در جهت دیگر اندازه می‌گیرد. اگر چه تکنولوژی مدرن هزینهٔ ساخت حسگرهای گشتاور را کم کرده‌است، با این وجود کنترل کیفیت روی محصول، نیاز به اندازه‌گیری دقیق گشتاور را افزایش داده‌است. کاربردهای گشتاور کاربردهای موجود برای حسگر گشتاور شامل تعیین اندازهٔ توان یک موتور غیر الکتریکی یا الکتریکی، توربین یا دستگاه‌های چرخندهٔ دیگر است. در حال حاضر در دنیای صنعتی، مشخصه‌های کنترل کیفیت به شرکت‌هایی برای اندازه‌گیری گشتاور در زمان تولید، به خصوص زمانیکه اتصالات به کار رفته شده، نیازمند هستند. اندازه‌گیری گشتاور مورد نیاز به صورت اتوماتیک روی ماشین‌های پیچ و مونتاژ قرار داده شده و نیز می‌توانند به ابزارهای دستی اضافه شوند. کاربردهای صنعتی دیگر حسگرهای گشتاور شامل اندازه‌گیری نرخ برداشت براده، کالیبره کردن ابزارهای گشتاور، اندازه‌گیری نیروهای سایش، آزمایش کردن فنرها و اندازه‌گیری‌های بیودینامیک می‌شود. حسگرهای چرخشی باید روی محور قرار داده شوند که به دلیل محدودیت‌های فضا همیشه امکان‌پذیر نیست. به دلیل چرخش میله، اتصال حسگر گشتاور به منبع تغذیه و همچنین انتقال سیگنال اطلاعاتش توسط یک رینگ لغزان که روی میله نصب شده‌است، انجام می‌شود. همچنین کرنش‌سنج می‌تواند از طریق یک مبدل هم به منبع وصل شود که در این صورت نیاز به نگهداری و مراقبت از رینگ لغزان از بین می‌رود. ولتاژ تحریک برای یک کرنش‌سنج به صورت القایی کوپل می‌شود و خروجی کرنش‌سنج به یک پالس تبدیل می‌شود. این حسگرهای عکس‌العمل، گشتاوری را که از میله به قطعات منتقل شده‌است را اندازه می‌گیرند. کرنش‌سنجهایی که برای اندازه‌گیری گشتاور استفاده می‌شوند شامل فویل، نیمه هادی منتشر شده و انواع لایه نازک می‌باشد. | ## بخش 3: حسگر گشتاور | اگر نیروهای وارده بزرگ نباشند و یک بار نا متعادل را بتواند متحمل شود، در این صورت لوازم جانبی الکترونیکی شامل باتری، تقویت کننده و فرستنده رادیویی را می‌توان روی میله نصب کرد. حسگرهای proximity و جابجایی می‌توانند گشتاور را با اندازه گرفتن جابجایی زاویه‌ای بین دو انتهای یک میله به دست آورند. با وصل کردن دو چرخ دندانه دار یکسان به دو انتهای میله با یک فاصله خاص، جابجایی زاویه‌ای ایجاد شده توسط گشتاور را می‌توان اندازه گرفت. حسگرهای proximity یا فوتوسل که روی هر چرخ دندانه دار قرار گرفته‌اند، دو ولتاژ تولید می‌کنند که اختلاف فازشان با افزایش گشتاور وارد بر میله زیاد می‌شود. روش دیگری برای اندازه‌گیری گشتاور استفاده از یک فوتوسل می‌باشد که در یک سمت طوری قرار داده شده‌است که هرچه گشتاور افزایش می‌یابد باعث می‌شود چرخ‌های دندانه دار بیشتر روی هم بیفتند و در نتیجه نور کمتری به سمت دیگر می‌رسد. جابجایی‌های ناشی از گشتاور را می‌توان با حسگرهای دیگری از جمله حسگرهای نوری، القایی، خازنی و پتانسیومتری اندازه گرفت. برای مثال یک گشتاور سنج از نوع خازنی به این صورت کار می‌کند که با تغییر گشتاور فاصله بین دو صفحه تغییر می‌کند و ظرفیت خازنی آن‌ها عوض می‌شود. با تغییرات گشتاور، ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برای میله عوض می‌شود که می‌توان آن را به وسیله یک حسگر مگنتواستریکشن اندازه گرفت. اما تحت گشتاور تعداد خطوط میدان مغناطیسی و ضریب نفوذپذیری به تناسب گشتاور تغییر می‌کند. این نوع حسگر از دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه که در یک سمت میله نصب می‌شوند، تشکیل شده‌است. این نوع حسگر از یک میله باریک فولادی که محکم به میله چرخان کوپل شده‌است، ساخته می‌شود. این ترکیب به عنوان یک آهنربای ثابت که شدت میدان مغناطیسی اش متناسب با گشتاور اعمال شده به میله‌است، عمل می‌کند. | ## جمع‌بندی | یک حسگر مغناطیسی میدان تولید شده را به یک سیگنال الکتریکی خروجی تبدیل می‌کند که متناوب با گشتاور اعمال شده می‌باشد.