گشتاور سنج(Torque Tester)

به نام خدا

گشتاور سنج ( تركمتر چیست؟)

گشتاور یا ( Torque ) : حاصلضرب برداری نیروی وارد بر یك جسم از نقطه اثر نیرو تا نقطه ای كه جسم بر اثر همین نیرو شروع به دوران می كند.گشتاور نیرو و انرژی لازم برای گرداندن یك شی میباشد.گشتاور تولید شده به وسیله ی یك موتور توان كششی یا رانشی  را برای گرداندن چرخها ایجاد می كند. مثلا زمانی كه می خواهید با یك آچار پیچی را بچرخانید نیروی لازم برای گرداندن پیچ گشتاور نام دارد.در این حالت گشتاور با مقدار نیروی لازم ضربدر فاصله مركز پیچ تا مكانی كه نیرو به آچار اعمال می شود برابر است.

واحد های گشتاور عبارتند از نیوتن بر متر و كیلوگرم بر سانتی متر و فوت بر پوند.  معادله گشتاور T=R*N می باشد كه :T گشتاور (TORQUE) و :Rشعاع و :Nنیروی اعمال شده، بنابر این هرگاه بخواهیم گشتاور را افزایش دهیم یا آچار بلندتری انتخاب می كنم یا نیروی اعمال شده به آنرا زیاد.

گشتاور با احساس كردن انحراف حقیقی محور به وجود آمده به وسیله یك نیروی پیچشی یا با پدیدار كردن آثار این انحراف اندازه گیری می‌شود.  تحتگشتاور سطح یك محور دچار تراكم و كشش می‌شود. برای اندازه گیری گشتاور، معمولا عنا صر استرین گیج به صورت جفت روی محور قرار گرفته اند. افزایش در طول را  یك گیج اندازه می‌گیرد (در جهتی كه سطح تحت كشش است) و  كاهش طول را گیج دیگر در جهت دیگر اندازه می‌گیرد. حسگرهای گشتاور اولیه، از ساختارهای مكانیكی مطلوب با استرین گیج‌ها تشكیل شدند. هزینه بالا وقابلیت اطمینان كم آنها عدم پذیرش صنعتی را به دنبال داشته. اگر چه ساخت حسگرهای گشتاور را تكنولوژی مدرن كم هزینه  كرده‌است، با این وجود كنترل كیفیت روی محصول، نیاز به اندازه گیری دقیق گشتاور را افزایش داده‌است.

ترانسدیوسر گشتاور

حسگر یا ترانسدیوسر گشتاور، ابزاری ایست برای تبدیل، اندازه گیری و ثبت گشتاور سیستم‌های گردنده، مانند میل لنگ موتور یا شفت ژنراتور و… دو مدلگشتاور به نام گشتاور استاتیكی و گشتاور دینامیكی داریم. اندازه گیری گشتاور استاتیكی به صورت نسبی آسان است اما اندازه گیری گشتاور دینامیكی به دلیل اینكه به انتقال اثراتی مثل الكتریسیته و مغناطیس از شفت تحت اندازه گیری، به یك سیستم استاتیك نیاز دارد بمراتب سختتر می باشد. حسگرهایی كه به عنوان حسگرگشتاور استفاده می شوند  از نوع كرنش‌سنج می باشند كه روی شفت در حال چرخش نصب می‌شوند. چون كه حسگر به تغذیه نیاز دارد وضمنا سیگنال خروجی هم باید خوانده شود، اندازه گیری گشتاور دینامیكی سختتر می‌شود. برای این كار اغلب در سیستم‌های قدیمی تر رینگ‌های لغزنندهی حلقوی به كار برده میشد كه در سیستم‌های نو حسگرهای وایرلس به كار برده می‌شوند. همچنین با كمك روش‌های ارسال وایرلس اكنون حتی A/D converterو Track Recorder، می‌توان روی شفت گذاشت و دقت اندازه گیری را به مقدار زیادی افزایش داد. سنجش گشتاور با تكنیك  پیزوالكتریك  بر اساسSAW وBAW قرار دارد. یكی از كاربردهای حسگر گشتاور كه منجر به كاهش مصرف سوخت می‌شود در موتور اتومبیل است .اگر می خواهید درمورد حسگرهای بر اساس اثر SAW بیشتر بدانید، ابتدا باید در مورد موضوع  تئوری امواجRayleigh یا تئوری Acoustic Wave Surface مطلب بخوانید. مثلا دو عدد شانه سر را طوری در هم فرو كنید كه هیچ تماسی دندانه‌های آن‌ها با هم نداشته باشند. در این حالت شما ساختاری را ایجاد كرده‌اید كه  آن  را اصطلاحا مبدل اینتردیجیتال یا (IDT(Interdigital Transducer می نامند. اكنون اگر با ماده‌ای مناسب  این ساختار را روی یك زیر لایه از جنس پیزوالكتریك  پیاده كنید و به دو سر آن یك ولتاژ AC با فركانسی معین اعمال كنید در سطح ماده زیر لایه موجی سطحی ایجاد می شود كه  آن SAW نامیده می شود. اگر یك ساختار IDT دیگر در طرف دیگر زیر لایه داشته باشیم بعد از تولید موج سطحی توسطIDT اول، دو سر IDT دوم ولتاژی ایجاد می كند كه فركانس آن با فركانس موج ورودی در شرایط نرمال كه هیچ اثر مكانیكی از خارج بر زیر لایه وارد نشده‌است حدودا برابر است. اما با اعمال كمیتی نظیر فشار یا كشش یا دما و… بر زیر لایه فركانس موج سطحی دو سر IDTخروجی با فركانس تولیدی در IDT اول متناسب با تغییر مكانیكی اعمال شده (كه آن را در قالب تغییرات جرم یا mass loadingمی‌شناسیم) تغییر خواهد كرد. فركانس تولیدی در IDT اول بسته به فاصله دندانه‌های شانه‌ای شكل آن از یكدیگر، شكل و طول آن‌ها در راستای عمود بر سطح دندانه‌ها در سطح زیر لایه منتشر می‌شود. اما برای اندازه گیری گشتاور یك شفت با SAW دو عدد رزوناتور SAW را به صورت نصف پل (Half-Bridge) به هم متصل و روی شفت با زاویهای درجه نسبت به محور شفت محكم می‌بندند. اكنون با اعمال یك موج RF (معمولا 200 مگاهرتزی) به صورت وایرلس به SAW، در طرف دیگر آن بسته به میزان دوران و گشتاور اعمال شده از شفت به SAWبه عنوان اثر بار، فركانس موج دریافتی تا یك مگاهرتز تغییر خواهد كرد. بر همین اساس، گشتاور اندازه گیری شده می‌تواند تا دقتی برابر 1rpm  داشته باشد.

پیكر بندی‌های حسگری گشتاورسنج

گشتاور می‌تواند با چرخش استرین گیج‌ها ویا حسگرهای magnetoelastic و magnetostrictive اندازه گیری شود كه همه به دما حساس هستند. با تغییرات گشتاور، ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برای میله تغییر میكند كه می‌توان آن را توسط یكmagnetostrictive sensor اندازه گیری كرد. ، وقتی میله بدون بار است ضریب نفوذپذیری آن در همه جا یكنواخت است. اما تحت گشتاور تعداد خطوط میدان مغناطیسی و به تناسب گشتاور ضریب نفوذپذیری تغییر می‌كند. این نوع حسگر از دو سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه كه در یك سمت میله قرار داده می‌شوند، ساخته شده‌است. حسگر گشتاور magnetoelastic، تغییرات نفوذپذیری خود را با اندازه گیری تغییرات در میدان مغناطیسی خود، اندازه گیری می‌كند. این نوع حسگر از یك میله باریك فولادی تشكیل شده كه محكم به میله چرخان كوپل شده‌است . این تركیب به عنوان یك آهنربای ثابت كه شدت میدان مغناطیسی اش با گشتاور اعمال شده به میله‌ متناسب است، عمل می‌كند. این میله باریك میان موتور و بار قرار داده می‌شود. یك حسگر مغناطیسی میدان تولید شده را به یك سیگنال الكتریكی خروجی تبدیل می‌كند كه با گشتاور اعمال شده متناوب می‌باشد.

كاربردهای گشتاورسنج

گشتاور سنج یا تركمتر برای اندازه گیری گشتاور وسایلی مثل موتور ، گیربكس یا حتی در شیشه نوشابه كه جزو سیستمهای دوار یا گردنده هستند مورد استفاده قرار میگرد. برای مثال اگر در شیشه نوشابه با گشتاور بیش از استاندارد بسته شود ، باز كردن به كمك دست مشكل و برای همین باید كارخانه های تولید نوشابه  ترك متر یا گشتاور مناسب برای پیچش در شیشه را تنظیم كنند. همچنین گشتاور سنج میتواندترانسمیتر یا ترانسدیوسر گشتاور باشد یعنی به صورت دستی و یك نشان دهنده و یا با خروجی باشد باید دقت كرد كه گشتاورسنجی محورهای دوار و در حال حركت یا دینامیك از گشتاور سنجی نمونه های ثابت و استاتیك سختتر است . البته با استفاده از تكنولوژی های جدید و مدلهای ریموت این اندازه گیری راحت انجام میشود . اطلاعات جمع آوری شده روی dataloggerها برای كنترل كیفیت می‌تواند انباشته شده و نتایج گزارش داده می‌شود. اندازه گیری نرخ برداشت براده، كالیبره كردن ابزارهای گشتاور، اندازه گیری نیروهای سایش، آزمایش كردن فنرها و اندازه گیری‌های بیودینامیك از كاربردها ی صنعتی دیگرحسگرهای گشتاور است.

هنگام خریدگشتاور سنج بایستی به نكات زیر دقت كنید: 

1.    رنج گشتاور سنجی و نیوتن بر متر مورد لزوم

2.    دقت اندازه گیری گشتاور

3.    آنالوگ یا دیجتال بودن گشتاور سنج یا ترك متر

4.    امكان ارسال سیگنال خروجی برای گشتاور سنج

با تشكر – یوسف امامی