Skuteczne pomiary siły i momentu
| TechnikaPrzemysł, rolnictwo, laboratoria badawcze, infrastruktura i wiele innych dziedzin nie mogłyby dziś sprawnie funkcjonować bez systemów kontrolujących masę detalu i moment obrotowy. Firma WObit proponuje kompleksową ofertę czujników i modułów pomiarowych pozwalających tworzyć nowoczesne systemy automatyzacji.
Pomiar siły
W przypadku kontroli masy detalu kluczowym elementem systemów pomiarowych są tensometryczne czujniki siły, popularnie nazywane tensometrami. Najszerzej stosuje się czujniki oporowe, które charakteryzują się wieloma zaletami, takimi jak duża czułość i dokładność, małe wymiary, odporność na drgania i wstrząsy oraz możliwość pracy w wysokich temperaturach i przy dużym ciśnieniu. Najczęściej spotykane są gotowe czujniki w postaci tensometru foliowego przyklejonego do obudowy. W zależności od konstrukcji elementu nośnego (obudowy) czujnik taki może służyć do pomiaru sił zarówno małych, w zakresach pojedynczych niutonów, jak i ogromnych, liczonych w setkach kiloniutonów.
W ofercie firmy WObit dostępne są czujniki siły w wersji z wbudowaną elektroniką (wyjście 0‒10 V, 4‒20 mA, 0,5‒2,5‒4,5 V, 0,5‒4,5 V albo z innym indywidualnie przygotowanym wyjściem prądowym lub napięciowym) oraz bez wbudowanej elektroniki (sygnał wyjściowy określany stałą charakterystyczną, wyrażoną w mV/V). Czujnik siły ma korpus sprężynowy, najczęściej wykonany ze stali nierdzewnej lub aluminium. Do korpusu przyklejone są elementy pomiarowe, tzw. tensometry. Parametrem tensometru foliowego jest rezystancja elektryczna, która zmienia swoją wartość w wyniku zmiany mechanicznej. Siła działająca na korpus jest zatem przekształcana w zmianę oporu elektrycznego. Na korpusie sprężyny znajdują się zwykle cztery tensometry i są one połączone w mostek elektryczny (Wheatstone’a, tensometryczny).
WObit proponuje tensometry o bardzo szerokim zakresie pomiarowym, począwszy od poziomu 0‒10 N (KM200) aż do 2000 kN. W zależności od serii, czujniki poza zakresem pomiarowym różnią się kształtem korpusu – dostępne są czujniki okrągłe (KMM30, KMM50), belkowe (KM701, KM801), a także S-kształtne (K1505, KM500). Do pomiaru obciążeń ściskających i rozciągających przeznaczone są czujniki cylindryczne (EMS150), okrągłe z wyprowadzonymi gwintami (KMM20, KMM40) oraz S-kształtne (KM1506, KM1603).
Urządzenia współpracujące
Do współpracy z czujnikami tensometrycznymi WObit oferuje moduły pomiarowe własnej produkcji, m.in. jednokanałowy wzmacniacz WDT11, umożliwiający pomiar siły i jej konwersję na sygnał prądowy 4‒20 mA (lub napięciowy 0‒10 V) oraz cyfrowy (RS485). Wbudowany interfejs RS485 z protokołem MODBUS pozwala na bezpośrednią komunikację jednego lub kilku modułów ze sterownikiem PLC czy panelem HMI. Możliwe jest podłączenie do 32 modułów na jednej magistrali.
W przypadku bardziej złożonych aplikacji warto zwrócić uwagę na nowy moduł pomiarowy ADT42ETH, który współpracuje z czterema tensometrycznymi czujnikami siły. Ten 4-kanałowy przetwornik umożliwia pomiary z częstotliwością do 120 pomiarów/ sekundę na kanał i efektywną rozdzielczością do 19 bit. Moduł ADT42ETH jest wyposażony w port USB, Ethernet oraz RS485. Dostęp do urządzenia może odbywać się za pomocą protokołu MODBUS-TCP/IP albo MODBUS-RTU, co umożliwia bezpośrednią komunikację jednego lub kilku modułów jednocześnie ze sterownikiem PLC czy panelem HMI. Wraz z możliwością sumowania pomiarów z wybranych kanałów pozwala to na tworzenie aplikacji pomiarowych z wieloma czujnikami siły, np. w systemach wagowych. Port USB służy do odczytu danych w bezpłatnej aplikacji na PC i ich wizualizację na wykresie lub zapis do pliku. ADT42ETH ma też dwa wejścia, które pozwalają na tarowanie oraz rejestrowanie pomiarów w aplikacji PC "na żądanie", i dwa wyjścia na sygnalizowanie progów pomiarowych.
Pomiar momentu
Poza pomiarem siły istotnym elementem procesów technologicznych jest kontrola momentu, do której WObit proponuje czujniki NCTE. Umożliwiają one bezstykowy statyczny oraz dynamiczny pomiar momentu ruchomej osi w obu kierunkach w czasie rzeczywistym, a także pomiar sił w wybranych punktach pomiarowych. W czujnikach zastosowana jest technologia FAST, wykorzystująca zjawisko odwrotnej magnetostrykcji.
Magnetostrykcja to zjawisko powstawania odkształceń w ferromagnetykach pod wpływem pola magnetycznego. Odwrotna magnetostrykcja, zwana czasem efektem Villarego, wykorzystuje odkształcenie się ciała pod wpływem czynników zewnętrznych oraz pomiar zmian wartości indukcji magnetycznej. Czujniki momentu NCTE składają się z czujnika pierwotnego – stalowej osi kodowanej magnetycznie, czujnika wtórnego (czujnika pola magnetycznego) oraz elektroniki. Osie czujników NCTE nie są wykonywane z magnesów, tylko ze stali, która jest poddawana namagnesowaniu poprzez wysyłanie impulsów elektrycznych. Pozwala to bardzo dokładnie umieścić pole magnetyczne.
Moment, który działa na osie, powoduje proporcjonalne zmiany w kierunku pola magnetycznego wewnątrz osi. Wykrywane jest to poprzez wysokiej rozdzielczości pole uzwojenia, umieszczonego w odległości 3 mm od osi. Do zrealizowania pomiaru różnicowego zmian niezbędne jest użycie minimum jednej pary uzwojeń. Każde uzwojenie z pary wykrywa jedno z dwóch przeciwnych pól magnetycznych. Uzwojenia umieszczone są w dodatkowej obudowie, która eliminuje wpływ zewnętrznych pól magnetycznych oraz zapewnia dodatkową ochronę. Elementy osłaniające, uzwojenie generujące pole magnetyczne oraz uchwyt uzwojeń składają się na jednostkę nazywaną czujnikiem wtórnym.
Elektronika przekształca zmiany pola magnetycznego osi na sygnał elektryczny. Standardowo czujniki NCTE dostępne są z wyjściem napięciowym (0..5 V, 0..10 V), prądowym 4..20 mA oraz typu PWM. Czujniki są dostarczane wraz z przewodami oraz klinem zabezpieczającym. Oś czujnika momentu, bezkontaktowy detektor sygnału oraz elektronikę kondycjonującą sygnał zintegrowano w obudowie czujnika.
Standardowe czujniki dostępne są w kilku zakresach pomiarowych, z przeciążalnością nawet do 50%, w zależności od serii. Charakteryzują się małym poborem prądu, wewnętrznie wzmocnionym sygnałem wyjściowym oraz długoterminową stabilnością.
Najmniejszy zakres – od 2,5 do 500 Nm – przewidziano dla serii DFM22, która dostępna jest zarówno z osią okrągłą, jak i kwadratową. Czujniki DFM22 mają sygnał wyjściowy od 0 do 5 VDC, maksymalną prędkość obrotową od 0 do 1000 obr./min oraz rozdzielczość 0,1% FS. Mogą pracować w temperaturze od –30 do +85°C i zaopatrzono je w stopień ochrony IP50.
DFM30 to ekonomiczna seria czujników o dużej precyzji pomiarowej, przeznaczona do testów laboratoryjnych i kontroli jakości. Zakres pomiarowy wynosi od 10 do 2000 Nm, przy maksymalnej prędkości obrotowej od 0 do 5000 obr./min. Mogą one pracować w temperaturze od –40 do +85°C i charakteryzują się stopniem ochrony IP50. Zasilane są napięciem 11‒28 VDC i generują sygnał wyjściowy 0...10 V lub prądowy 4...20 mA.
Seria DFM40 poza dwukierunkowym pomiarem momentu obrotowego w zakresie od 50 do 1000 Nm jednocześnie realizuje pomiar prędkości obrotowej od 0 do ≤ 10 000 obr./min. Dzięki wysokiej rozdzielczości (≤ ±0,1% FS) jest odpowiednia do zastosowań w laboratoriach, jak również do kalibracji urządzeń, gdzie służy jako element referencyjny.
DFM50 z kolei to seria, która umożliwia oddzielny pomiar momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Zakres pomiarowy wynosi od 3000 do 10 000 obr./min (istnieje możliwość jego zwiększenia na specjalne życzenie) i od 0 do ≤2500 obr./min. Czujniki te mają sygnał wyjściowy 0…10 V i są zasilane napięciem 9‒28 VDC. Powtarzalność dla całej serii wynosi 0,1% FS.
Do pomiarów momentu i kąta w trudnych warunkach – takich, jakie występują w maszynach rolniczych i leśnych – przeznaczona jest seria DFM70. Czujniki DFM70 dostępne są w wykonaniu o stopniu ochrony IP65 (standardowo IP50) i mogą pracować w temperaturach od –40 do +85°C. Zakres pomiarowy wynosi od 3000 do 5000 Nm i generuje sygnał wyjściowy 0...10 V. Opcjonalnie dla tej serii dostępne jest wyjście 4...20 mA oraz interfejs CAN.
Więcej informacji o zastosowaniach i szczegółowych parametrach czujników można uzyskać pod numerem tel. 61 22 27 422 oraz na stronie www.wobit.com.pl.
P.P.H. WObit E.K. J. Ober s.c.
Dęborzyce 16, 62-045 Pniewy
wobit@wobit.com.pl
tel. +48 61 22 27 422
fax +48 61 22 27 439
www.wobit.com.pl
