تطبيقات مستشعر العزم الديناميكي

تستخدم مستشعرات العزم الديناميكية مبدأ القياس الكهربائي للانفعال لتحويل التشوه الناتج عن العزم إلى إشارات كهربائية، مما يمكنها من قياس العزم بدقة في المعدات الدوّارة.

أ مستشعر عزم ديناميكي ويُعرف أيضًا باسم مستشعر العزم أو مستشعر العزم غير المتصل، وهو جهاز دقيق يُستخدم لقياس عزم الدوران والسرعة الدوّارة والقدرة الميكانيكية لمعدات القدرة الدوّارة. وتشمل تطبيقاته اختبار معدات القدرة الدوّارة مثل المحركات، والمحركات الحرارية، والمحركات ذات الاحتراق الداخلي؛ واختبار عزم الدوران والقدرة للمراوح، والمضخات، وعلب التروس، ومفاتيح العزم؛ وكذلك مجالات مثل قاطرات السكك الحديدية، والسيارات، والسفن، وآلات التعدين، وأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، وتصنيع اللزوجة، والصناعات التحويلية.

يستخدم هذا المستشعر تقنية القياس الكهربائي لجهاز قياس التوتر، حيث يقوم بتحويل تشوه الليّ إلى إشارات كهربائية من خلال جسر توتر مكوَّن من عمود مرن، ثم يُخرِج إشارات ترددية بعد تحويل الضغط إلى تردد. ويشمل نطاق القياس النطاق القياسي من 0 إلى 10,000 نيوتن متر ويمكن تخصيصه ليصل إلى 200,000 نيوتن متر، مع خطأ أقل من 0.2% من القيمة الكلية. كما يدعم القياس الثابت والديناميكي للعزم، وتتضمن الإشارات الخارجة التردد والتيار والجهد والكميات الرقمية. ويتميَّز بعدم الحاجة إلى ضبط الصفر، وقدرات قوية على مقاومة التداخل، وحجم صغير. وتشمل أنواع التقنيات الأساسية نوع التشوه، ونوع فرق الطور، والنوع المغناطيسي المرن.

أثناء التركيب، يجب تجنُّب وجود تداخل كهرومغناطيسي قوي، ويجب الحفاظ على درجة حرارة البيئة ضمن مدى 0–60°م. ويتطلب الصيانة تزييتًا سنويًا، ويُوصى باستخدام وصلات دبوسية صلبة/مرنة لتحسين دقة القياس.

مبدأ العمل
المبدأ الأساسي لـ مستشعر عزم ديناميكي يعتمد على تقنية القياس الكهربائي للانفعال. عندما تتعرض المكونات الميكانيكية (مثل المحاور) لعزم دوران، فإنها تتأثر بتشوه طفيف، مما يؤدي إلى تغيرات في مقاومة أجهزة قياس الانفعال. وعادةً ما تُثبت أجهزة قياس الانفعال على عمود الالتواء بالجهاز الاستشعاري ويمكنها قياس عزم الدوران للمحور بشكل مباشر. وتتمثل العملية في الخطوات التالية:
- كشف جهاز قياس الانفعال: يحتوي المستشعر على جهاز أو أكثر لقياس الانفعال، وهي متصلة بدائرة جسر (مثل دائرة ويتسون) القادرة على اكتشاف التغيرات في المقاومة الناتجة عن العزم الدوراني بدقة.
- تحويل الإشارة: يتم تحويل التغيرات في المقاومة إلى إشارات جهد متناظرة. ثم يتم تضخيم هذه الإشارات، وترشيحها، ومعالجتها لإخراج إشارة كهربائية متناسبة مع عزم الدوران.
- إخراج الإشارة: يمكن أن تتخذ إشارة الخرج أشكالاً مختلفة، مثل التردد أو التيار أو الجهد، وتتميز هذه الإشارة بدقة عالية واستقرار جيد وأداء قوي ضد التداخل.

مكونات الهيكل
تتكون أجهزة استشعار العزم الديناميكية بشكل أساسي من الأجزاء التالية:
- عنصر الاستشعار: هذا هو الجزء الأساسي من الحساس، وغالبًا ما يُصنع من مواد عالية المرونة وقوية جدًا يمكنها تحمل إجهادات كبيرة دون تشوه دائم.
- وحدة معالجة الإشارات: وتشمل مضخم إشارة، ومرشح، ومحول من التناظري إلى الرقمي، تقوم بمعالجة الإشارات الضعيفة الخارجة من مقاييس الانفعال (strain gauges).
- وحدة نقل البيانات: تقوم بنقل الإشارات المعالجة إلى معدات العرض أو التسجيل.

التطبيقات
مستشعر عزم ديناميكي تُستخدم على نطاق واسع في قياس العزم والقدرة في معدات الطاقة الدوارة مثل المحركات الكهربائية، والمحركات، ومحركات الاحتراق الداخلي. وهي مناسبة لعدة مجالات تشمل صناعة السيارات، والمركبات البحرية، ومعدات التعدين، وأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي. كما تلعب دورًا مهمًا في الصناعات التحويلية والصناعات العملية، مما يساعد على تحسين كفاءة المعدات وأدائها.

من خلال المقدمة أعلاه حول المبادئ والهياكل، يتضح أن أجهزة استشعار العزم الديناميكية تُعد ذات أهمية كبيرة في الصناعة الحديثة ولها تطبيقات واسعة النطاق.