سنسور گشتاور (Torque Sensor)، در فیزیک (Physics)

انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :

سنسور گشتاور (Torque Sensor) :

سنسور گشتاور (یا ترانسدیوسر گشتاور) گشتاور اعمالی به یک محور (شفت) را اندازه گیری می کند. گشتاور (

\[ \tau \]

یا

\[ T \]

) حاصل ضرب نیرو در فاصله عمودی از محور چرخش تا خط اثر نیرو است:

\[ \tau = F \times r \]

. واحد آن نیوتن-متر (Nm) است. اندازه گیری گشتاور در موتورها، گیربکس ها، ابزارهای بادی، و بسیاری کاربردهای دیگر برای تعیین توان و کارایی بسیار مهم است. دو روش کلی برای اندازه گیری گشتاور وجود دارد: واکنشی (reaction) و عبوری (inline).

روش واکنشی: گشتاور با اندازه گیری نیروی عکس العملی که محور بر روی پایه های خود اعمال می کند، محاسبه می شود. مثلا یک موتور روی یک پایه گردان (ترونیون) نصب می شود و نیروی وارد بر یک بازوی اهرمی متصل به پایه اندازه گیری می شود. این روش ساده تر است (نیاز به انتقال سیگنال از محور دوار ندارد)، اما گشتاور دینامیک (شتاب دهنده) را به خوبی نشان نمی دهد.

روش عبوری (معمول تر): سنسور مستقیما در مسیر انتقال گشتاور (بین موتور و بار) قرار می گیرد. این سنسورها معمولا بر اساس یکی از اصول زیر کار می کنند:

کرنش سنجی: رایج ترین روش. یک شفت الاستیک با کرنش سنج هایی که با زاویه ۴۵ درجه (جهت تنش های برشی) نصب شده اند. گشتاور باعث ایجاد کرنش برشی در سطح شفت می شود که توسط کرنش سنج ها اندازه گیری می شود. تغذیه کرنش سنج ها و دریافت سیگنال از شفت دوار، چالش اصلی است که با استفاده از حلقه های لغزان (slip rings) یا روش های غیرتماسی (ترانسفورماتور چرخان و مخابرات دیجیتال RF) حل می شود.

مغناطیسی: تغییر خواص مغناطیسی (مغناطوتنگش) شفت تحت گشتاور اندازه گیری می شود.

نوری: با اندازه گیری تغییر فاز یا تأخیر زمانی بین دو چرخ دنده یا توری روی شفت.

خازنی: با تغییر ظرفیت بین صفحات روی شفت و استاتور.

برای یک شفت دایره ای توپر، رابطه بین گشتاور (

\[ T \]

)، تنش برشی (

\[ \tau_{max} \]

)، و زاویه پیچش (

\[ \theta \]

) به صورت زیر است:

\[ \tau_{max} = \frac{16T}{\pi d^3} \]

و

\[ \theta = \frac{32TL}{\pi G d^4} \]

که

\[ d \]

قطر شفت،

\[ L \]

طول، و

\[ G \]

مدول برشی ماده است.

\[ T = \frac{\pi G d^4}{32L} \theta \]

کاربردها:

تست و اندازه گیری موتورها و گیربکس ها.

صنعت خودرو: اندازه گیری گشتاور موتور، گشتاور فرمان (EPS).

ابزارهای برقی و بادی.

پایش وضعیت ماشین آلات دوار.

رباتیک (سنسور گشتاور در مفاصل).