Sensors de paràmetres tecnològics: força, pressió, parell
Per a la implantació d'un control automatitzat i altament precís dels processos tecnològics, sempre és necessari tenir a la seva disposició informació sobre els valors actuals dels paràmetres tecnològics clau. Normalment, s'utilitzen diversos sensors amb aquesta finalitat: forces, pressió, parell, etc. Vegem tres tipus de sensors, entenem el principi del seu funcionament.
En primer lloc, observem que en la construcció de sensors de força o de parell s'utilitzen elements sensibles, determinades propietats dels quals canvien d'acord amb el grau de deformació actual resultant d'una o altra influència externa.
Poden ser plaques metàl·liques elàstiques, molles o eixos, la deformació de les quals es transmet a un element magnetoestrictiu, piezoelèctric o semiconductor, els paràmetres elèctrics o magnètics del qual dependran directament del grau de deformació. N'hi haurà prou amb mesurar aquest paràmetre per fer-se una idea de la mida de la deformació i, en conseqüència, de la força (pressió, parell).
Extensometres tensomètrics
El mesurador de tensió més senzill basat en convertidor de cable de galga de tensió inclou un element elàstic mecànic que està sotmès a deformació i un extensímetre connectat, la deformació del qual es converteix directament en un senyal elèctric.
Un fil de nicrom, constantan o ellinvar prim (amb un diàmetre de 15 a 60 micres), que es plega amb una serp i es fixa a un suport de pel·lícula, actua com a sensor de la galga de tensió. Aquest transductor està enganxat a la superfície la deformació de la qual s'ha de mesurar.
La deformació de l'element elàstic mecànic condueix a l'estirament o compressió del cable al llarg de la seva longitud, mentre que la seva secció transversal disminueix o augmenta, la qual cosa afecta el canvi de la resistència del convertidor al corrent elèctric.
En mesurar aquesta resistència (caiguda de tensió a través d'ella), ens fem una idea de la magnitud de la deformació mecànica i, en conseqüència, de la força, sempre que es coneguin els paràmetres mecànics de l'element deformat.
Sensors de parell del manòmetre
Per mesurar el moment de força, s'utilitzen elements elàstics sensibles en forma de molles o eixos prims, que es retorcen durant el procés tecnològic. La deformació angular elàstica, és a dir, l'angle relatiu de l'inici i el final de la molla, es mesura i es converteix en un senyal elèctric.
L'element elàstic sol estar tancat en un tub, un extrem del qual està fixat estacionari, i l'altre està connectat a un sensor de desplaçament angular que mesura l'angle de divergència entre els extrems del tub i l'element deformable.
Així, s'obté un senyal que porta informació sobre la magnitud del parell.Per eliminar el senyal de la molla, els cables de l'element de resistència a la tensió estan connectats amb anells lliscants als raspalls.
Sensors de força magnetostrictiva
També hi ha sensors de força amb transductors magnetoestrictius de calibre de tensió. S'utilitza aquí el fenomen de magnetostricció inversa (efecte Villari), que consisteix en el fet que quan s'aplica pressió a un nucli fet d'un aliatge ferro-níquel (com el permaloide), la seva permeabilitat magnètica canvia.
La compressió longitudinal del nucli condueix a l'expansió els seus bucles d'histèresi, la inclinació del bucle disminueix, la qual cosa condueix a una disminució del valor de la permeabilitat magnètica, respectivament, a una disminució de la inductància o inductància mútua dels bobinatges del sensor.
Atès que les característiques magnètiques són no lineals i també pel fet que es veuen afectades significativament per la temperatura, es fa necessari utilitzar un circuit de compensació.
S'aplica el següent règim general de compensació. Un nucli magnètic magnetostrictiu tancat fet de ferrita de níquel-zinc està sotmès a una força mesurable. Aquest nucli no experimenta pressió de força, però els enrotllaments dels dos cables estan connectats entre si, de manera que es produeix un canvi en l'EMF total.
Els bobinats primaris són idèntics i connectats en sèrie, s'alimenten per corrent altern amb una freqüència de deu quilohertz, mentre que els bobinatges secundaris (també els mateixos) s'encenen de manera oposada i, en absència d'una força de deformació, l'EMF total és 0. Si la pressió sobre el primer nucli augmenta, l'EMF total a la sortida és diferent de zero i proporcional a la deformació.