Cảm Biến Đo Momen Xoắn: Nguyên Lý Hoạt Động, 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 là gì? 

Cảm biến đo mô-men xoắn (Torque Sensor) là thiết bị chuyên dụng để đo lực Momen xoắn tác động lên một trục hoặc một hệ thống quay. Đây là một thành phần quan trọng trong các hệ thống cơ khí, đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và tự động hóa.

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 Lý Hoạt Động của Cảm Biến Đo Mô-men Xoắn

Cảm biến mô-men xoắn hoạt động dựa trên nhiều nguyên lý khác nhau, phổ biến nhất bao gồm:

• Dựa trên điện trở biến dạng (Strain Gauge): Khi trục quay chịu lực mô-men, các điện trở biến dạng sẽ thay đổi điện trở theo mức độ căng giãn, từ đó tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với mô-men xoắn.

• Dựa trên hiệu ứng từ giảo (Magnetoelastic Effect): Ứng dụng tính chất từ của vật liệu khi bị biến dạng để đo lường mô-men xoắn mà không cần tiếp xúc.

• Dựa trên nguyên lý quang học: Sử dụng cảm biến laser hoặc sợi quang để đo độ xoắn của trục, đảm bảo độ chính xác cao và ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài.

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.

Ứng Dụng của Cảm Biến Đo Mô-men Xoắn

Cảm biến đo mô-men xoắn có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực:

Ngành Công Nghiệp Ô Tô

• Đo lực xoắn trong động cơ, hộp số để tối ưu hiệu suất.

• Kiểm tra lực siết bulong, đai ốc trong quá trình lắp ráp.

Ngành Cơ Khí và Sản Xuất

• Giám sát và điều khiển mô-men xoắn trong hệ thống truyền động.

• Kiểm tra chất lượng sản phẩm cơ khí.

Ngành Hàng Không

• Kiểm tra hệ thống cánh quạt và động cơ máy bay.

• Đảm bảo độ chính xác cao trong các thiết bị hàng không vũ trụ.

Trong Nghiên Cứu và Phát Triển

• Được sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu đặc tính vật liệu và cơ khí.

• Kiểm tra, đánh giá các hệ thống truyền động tiên tiến.

Lợi Ích Khi Sử Dụng Cảm Biến Đo Mô-men Xoắn

• Tăng độ chính xác: Giúp kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

• Cải thiện an toàn: Giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc do mô-men xoắn quá tải.

• Tiết kiệm chi phí: Giúp phát hiện sớm các lỗi cơ khí, giảm chi phí bảo trì.

• Tự động hóa quy trình: Kết hợp với các hệ thống điều khiển để tự động hóa việc kiểm soát lực xoắn.

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.

Kết Luận

Cảm biến đo mô-men xoắn là một thiết bị không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và nghiên cứu. Với sự phát triển của công nghệ, các cảm biến ngày càng chính xác, nhỏ gọn và linh hoạt hơn, góp phần nâng cao hiệu suất và độ an toàn cho các hệ thống cơ khí hiện đại.