Momen xoắn là gì? Cảm biến đo momen xoắn phân loại và ứng dụng

Momen xoắn là một đại lượng không thể không nhắc đến khi miêu tả động cơ của xe ô tô. Không riêng gì trong lĩnh vực động cơ ô tô, Momen xoắn xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực và trong có ngành công nghiệp. Để giám sát quá trình, thử nghiệm công nghệ truyền động, đảm bảo chất lượng, việc sử dụng cảm biến đo Momen xoắn đã giải quyết các vấn đề hiệu quả. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thêm về loại cảm biến này nhé!

Monmen xoắn là gì?

Momen xoắn là một đại lượng vật lý, nó đại diện cho tác động của một lực làm vật thể quay quanh một trục.

Nếu có một lực tác động khiến vật quay quanh trục thì sẽ khiến nó xoay quanh 1 điểm, lúc này momen xoắn sẽ xuất hiện. Bên cạnh đó, hướng của nó tùy thuộc vào hướng của lực tác động lên trục.

Công thức tính mô men xoắn

Để tính được thông số này, chúng ta cần phải biết được gia tốc của lực tuyến tính, khối lượng và cả khoảng cách lực đó cách trục quay bao nhiêu. Theo đó, bạn sẽ nhận được các kết quả khác nhau tùy vào sự thay đổi các số liệu.

Ta có công thức tính momen xoắn như sau: T= P*9.55/n

  • Trong đó T là momen xoắn của động cơ đơn vị là Nm
  • P là công suất đơn vị là kW
  • n là tốc độ động cơ đơn vị tính là vòng/phút.

Cảm biến đo Momen xoắn

Cảm biến đo Momen xoắn tên tiếng Anh là Torque sensor. Cảm biến đo Momen xoắn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu đầu vào dạng cơ học (lực) thành tín hiệu điện ở đầu ra.

Thiết bị này được sử dụng vô cùng phổ biến trong cuộc sống, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô. Trong đó, có những quy trình lắp ráp cần phải chính xác số đo của lực momen. Điều này nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và kiểm soát chất lượng.

Nhờ loại cảm biến này mà người ta có thể kiểm tra được hoạt động của bộ truyền động đối với động cơ. Từ đó xác định quá trình lắp ráp đã được vận hàng đúng chưa. Lúc này momen lực và tốc độ quay sẽ được ghi lại và tiến hành lưu trữ.

Nguyên tắc đo momen xoắn phổ biến nhất sử dụng công nghệ đo biến dạng ngoại quan. Trong đó các strain gauge đo biến dạng được liên kết với một trục với thiết kế phù hợp. Đầu dò momen xoắn với trục tròn có đồng hồ đo biến dạng nghiêng 45 độ. Tuy nhiên, thiết kế và cấu hình của thiết bị sẽ do ứng dụng quyết định và trục có thể có dạng đặc hoặc rỗng. Cũng như mặt cắt có thể có hình dạng khác bên cạnh hình chữ thập và hình vuông để thu được tín hiệu tối đa đầu ra có sẵn từ phép đo.

Khi lực xoắn tác dụng lên trục làm cho trục xoắn, ứng suất cắt được tạo ra. Chúng được đo bằng cách liên kết các strain gauge đo biến dạng ở góc 45 ° với trục mô-men xoắn nằm ngang. Vì ứng suất cắt gây ra trong trục là như nhau trong suốt chiều dài của nó. Nên các strain gauge đo biến dạng có thể được kết dính tại bất kỳ điểm nào. Tuy nhiên, trong thực tế ta thường đặt chúng ở trung tâm, càng xa càng tốt khỏi ứng suất giả có thể gây ra tại các giao diện cơ học.

Phân loại cảm biến momen xoắn

Có hai loại cảm biến chính: cảm biến momen xoắn quay (Rotary torque sensor) và cảm biến mô-men xoắn phản ứng (Reaction torque sensor).

  • Cảm biến momen xoắn phản ứng (Reaction torque sensor)

Cảm biến momen xoắn phản ứng không có bộ phận chuyển động nên chúng nhận mô-men xoắn phản ứng thông qua hệ thống của bạn.

Cảm biến momen xoắn phản ứng có một đầu được lắp cố định vào mặt đất hoặc một bộ phận kết cấu cứng và mặt kia với trục quay hoặc bộ phận quay. Chuyển động quay tạo ra lực cắt giữa các mặt bích, lực này được giữ lại strain gauges liên kết với các sensor beams và được cầu Wheatstone chuyển thành dòng điện.

  • Cảm biến momen xoắn quay (Rotary Torque Sensors)

Rotary Torque Sensors được sử dụng trong các ứng dụng mà phép đo mô-men xoắn phải được thực hiện ở trục quay, động cơ hoặc động cơ tĩnh. Trong trường hợp này, đầu dò phải quay thẳng hàng được gắn vào trục. Bộ chuyển đổi mô-men quay được gắn với một vòng trượt hoặc thiết bị điện tử không dây để truyền tín hiệu mô-men xoắn trong khi quay (cảm biến không tiếp xúc).

Có hai loại Rotary Torque Sensors gồm: cảm biến momen xoắn quay với vòng trượt (Rotating Torque Sensors with Slip Rings) và cảm biến momen xoắn quay không tiếp xúc (Rotating Torque Sensors with Non Contact Transmission). Cảm biến mô men quay thường được sử dụng trong các ứng dụng trên trục quay. Cảm biến mô-men xoắn không tiếp xúc sử dụng công nghệ từ tính hoặc cảm ứng để cung cấp các phép đo chính xác ở tốc độ quay cao.

Lựa chọn cảm biến đo momen xoắn

Để đo mô-men xoắn một cách hiệu quả, điều quan trọng là phải hiểu các yếu tố liên quan đến việc tạo ra mô-men xoắn cũng như những yếu tố có thể làm thay đổi phép đo mô-men xoắn, vì những yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn sản phẩm phù hợp. Các tiêu chí quan trọng như loại cảm biến, tốc độ, không gian lắp đặt, thời gian đo và môi trường mà phép đo đang diễn ra là một trong những tiêu chí quan trọng nhất sẽ quyết định việc lựa chọn cảm biến mô-men xoắn thích hợp.

Đối với đo mô-men xoắn động, vị trí của phép đo là rất quan trọng để đảm bảo rằng mô-men xoắn thực được đo và tránh được các phép đo sai do các bộ phận liền kề trong bộ truyền động hoặc các bộ phận làm ẩm hệ thống đo mô-men xoắn, bao gồm cả bản thân hệ thống đo gây ra.

Thông thường, các yếu tố vật lý và môi trường sẽ xác định chính xác việc lựa chọn thiết bị thích hợp. Việc lựa chọn định mức đầu dò, hệ thống truyền dẫn và kết nối cơ khí chính xác sẽ đảm bảo giải pháp đo lường không đắt ngân sách cho phép mà vẫn đạt được độ chính xác và độ tin cậy tối đa.

Các ứng dụng đo cảm biến momen xoắn trong thực tế

– Trong giáo dục: Giảng dạy về động cơ đốt, động cơ điện hoặc tích hợp hai loại động cơ, hệ động cơ tàu thủy,… trong các mô hình thí nghiệm.

– Trong đo lường, kiểm định: Đo momen xoắn trong tàu thủy, ô tô; đo lường, kiểm định công suất động cơ máy phát, động cơ tàu.

– Trong sản xuất, giám sát, điều hành sản xuất: Thực hiện đo lực của thiết bị vặn nắp chai, dự tải nhíp, dự tải ổ trục, độ chuyển vị của trục, tăng hoặc giảm lực vặn đinh vít,…

– Kiểm tra cơ cấu, hệ thống cơ khí: Kiểm tra momen trục khuỷu, quạt, vòng bi, lưu tốc kế, băng chuyền,…

– Kiểm tra sức bền: Kiểm tra các công cụ cầm tay, đồ gia dụng, động cơ đốt trong,…

– Nông nghiệp: Điều khiển momen xoắn máy móc

Có thể nói, việc giải quyết hiệu quả các vấn đề trong quá trình kiểm tra, giám sát, thử nghiệm,… đã giúp công cụ cảm biến đo momen xoắn được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Từ chế tạo, thiết kế, giáo dục đến điều hành sản xuất, thậm chí lĩnh vực nông nghiệp cũng áp dụng trong máy móc.

Đăng nhận xét