Tensometryczny pomiar momentu obrotowego

Dzień dobry

Moim zadaniem jest stworzenie stanowiska pomiarowego do tensometrycznego pomiaru momentu obrotowego, stanowisko prawdopodobnie będzie składać się z silnika elektrycznego wału i jakiegoś odbiornika mocy. Nie ukrywam że jestem zielony w temacie gdyż jestem raczej bardziej mechanikiem niż elektrykiem.
W stanowisku chodzi o wyznaczenie momentu skręcającego wał,
czyli o ile skręci się wał (biorąc pod uwagę jego początek i koniec).


Myślałem o wykorzystaniu mostka tensometrycznego przyklejonego na wał lecz mam problem z przeniesieniem informacji w postaci impulsu do jakiegoś miernika na stanowisku.
Może wykorzystać szczotki do przeniesienia sygnału lub metody telemetryczne lecz są dużo droższe a nie ukrywam że zależy mi na dość niskich kosztach.

Będę bardzo wdzięczny za pomoc jeśli ktoś mi opisze lub poprawi mnie z czego powinien składać się taki układ pomiarowy, bo z tego co zrozumiałem z wielu przeczytanych pozycji powinien się składać (tak mi się wydaje) z:
-z jakiegoś mostka tensometrycznego umieszczonego na wale
-zasilania dla tego mostka
-przeniesienia sygnału
-wzmacniacza sygnału
-miernika

Jeśli ktoś się orientuje to proszę napisać jaki może być szacowany koszt takiego układu pomiarowego.

Będę bardzo bardzo wdzięczny za jakąkolwiek pomoc.

Aby określić moment obrotowy nie trzeba mierzyć skręcenia wału. Co chcesz mierzyć, moment obrotowy na wale, czy skręcenie wału?

U nas na walcarkach pomiar momentu obrotowego na wale jest mierzony mostkami tensometrycznymi. Jest specjalnie przygotowany odcinek wału pod tensometr. Obok niego są pierścienie miedziane o wyżłobieniu w kształcie litery "U" w rowkach tych ślizga się miedziana lica która z jednej strony jest na stałe przytwierdzona do obudowy a z drugiej strony jest sprężyna napinająca. Dalej już normalnymi przewodami do zasilacza i układu pomiarowego. Jedyny problem z takim typem czujnika jest konieczność jego kalibracji. Teoretycznie można wszytko obliczyć matematycznie, ale kalibracja "mechaniczna" jest dokładniejsza. U nasz wyglądało to tak ze blokowaliśmy wał z jednej strony, na drugim końcu była dźwignia o długości 1m i obciążaliśmy ją różnymi ciężarami i odczytywali wyniki, potem wszytko do excela, wykres i i wyznaczenie krzywej regresji.

Maćku z tego co się dowiedziałem moment obrotowy działający na wał jest równy momentowi skręcającemu, lecz w moim przypadku jeśli to coś ułatwi chodzi o moment skręcający.

Djsawy dziękuję z góry za pomysł ale za bardzo nie rozumiem o co chodzi z ty mi pierścieniami '' Obok niego są pierścienie miedziane o wyżłobieniu w kształcie litery "U" w rowkach tych ślizga się miedziana lica która z jednej strony jest na stałe przytwierdzona do obudowy a z drugiej strony jest sprężyna napinająca'' poproszę o łopatologiczne wyjaśnienie jeśli można, te pierścienie są na wale? i o co chodzi z tym wyżłobieniem, nie potrafię sobie niestety tego wyobrazić.

Tensometr i pierścienie na stałe są przytwierdzone do wału. Obudowa jest nieruchoma względem wału.





Te rysunki powinny wyjaśnić część mechaniczna. Pierścienie mogą być z mosiądzu, będą tańsze i bardziej odporne na ścieranie. Dużo też zależy od obrotów samego wału. Lepiej przyjąć niskie obroty bo przy tej samej mocy będziemy mieli większy moment który łatwiej zmieżyć i pierścienie dłużej pożyją.

Dziękuję bardzo za pomysł i świetne rysunki i to w takim krótki czasie! omówię to na pewno z promotorem w najbliższym czasie i dam znać czy zatwierdził.
Badula z tego co rozumiem ze zdjęcia w tym przypadku wał się nie obraca i jest przytwierdzony a mój ma się obracać, a co do prymitywności metody z pierscieniami to prawda lecz chodzi tu również o cenę a rozwiązanie bezprzewodowe jest na pewno droższe, ponadto stanowisko ma służyć do celów dydaktycznych wyłącznie więc pewne niedokładności pomiarowe mogą występować. temat jest otwarty gdyż zbieram różne metody więc jeśli ktoś ma jeszcze tak zacne pomysły zapraszam do podzielenia się.

> badula , właśnie o tym rozwiązaniu myślałem, ale jak widać promotorowi zależy na pomiarze tensometrami na samym wale, - problemy z odczytem i zakłóceniami od pierścieni ślizgowych i szczotek - licy miedzianej o której pisał kolega djsway.

Czujnik do pomiaru momentu obrotowego: to mostek tensometryczny złożony najczęściej z 4 tensometrów naklejonych na tulei skrętnej zaopatrzonej z obu stron w odpowiednie kołnierze sprzęgieł, z których jeden jest podłączony do wału napędu, zaś drugi do wału obciążenia.
Jeśli ma to być praca dyplomowa należy wprowadzić nieco twórczej myśli inżynierskiej. Wszakże żyjemy w XXI wieku. Doprowadzenie napięcia zasilania oraz odbiór sygnału pomiarowego powinno odbywać się bezprzewodowo. Proponuję jako zasilanie wykorzystać niekonwencjonalną prądnicę utworzoną z nieruchomej tarczy z magnesami lub elektromagnesami przytwierdzonej do podstawy stanowiska oraz obracającego się względem niej tarczy z uzwojeniami, sprzężonej z naszą tuleją pomiarową. W ten sposób otrzymalibyśmy małą prądnicę zasilającą nasz układ pomiarowy, oczywiście po wyprostowaniu i stabilizacji napięcia. Więc pozbylibyśmy się już 2 pierścieni. Następnie na naszej tulei możemy osadzić 2 półpierścienie z laminatu na których zrealizujemy układy elektroniczne: wzmacniacz sygnału pomiarowego, przetwornik napięcie/częstotliwość oraz nadajnik optoelektroniczny. Aby bezustannie transmitować sygnał jego drogę przesyłania musimy umieścić w osi zespołu wałów: napędu /współosiowego z naszą tuleją pomiarową obciążenia. W tym celu musimy w jednym z tych wałów wykonać otwór do przesłania naszego sygnału przetworzonego na częstotliwość impulsów świetlnych. Odebranie takiego sygnału nie będzie sprawiało już kłopotów przez czujnik nakierowany na otwór w wale. Odczyt częstotliwości nie sprawia żadnych problemów przy obecnym stanie techniki. Pozbywamy się w ten sposób 2 następnych pierścieni przesyłania sygnału a także błędów wprowadzanych przez ruchome złącze. Myślę, że takie rozwiązanie miałoby duży wpływ na kształtowanie wyobraźni twórczej studentów.
Życzę udanej realizacji projektu.

Witam .
Jeżeli rozwiązanie bezprzewodowe odpada , to połączenia pomiędzy mostkiem tensometrycznym a przetwornikiem wagowym , powinny być trwałe i pewne , najlepiej lutowane. Nie ma mowy o połączeniach poprzez pierścienie ślizgowe . Zasilanie mostka zazwyczaj jest czteroprzewodowe,
a wyjście sygnału zawiera się w mV , zależy od rodzaju czujnika, ale zazwyczaj od 0-20 mV. Tak niewielki sygnał jest podatny na zakłócenia. Przyszło mi do głowy może głupie, ale z tej tańszej wersji rozwiązanie. Montujemy na wale tarczę ( może być metalowa), przez której środek przechodzi wał . przyklejamy do tarczy przetwornik wagowy , wyważamy ją montując na obwodzie przeciwwagi. Zalewamy to żywicą , aby się trzymało i wytrzymało obroty, zostawiając odkryte elementy kalibracyjne. Wcześniej oczywiście łączymy przetwornik z mostkiem tensometrycznym, i wyprowadzamy przewody wyjściowe na pierścienie ślizgowe, gdzie sygnał jest prądowy, odporny na zakłócenia. W zależności od rodzaju przetwornika, mogą być dwa pierścienie , przy zasilaniu szeregowym (sygnał 4-20mA), lub cztery ,dwa na zasilanie przetwornika i dwa sygnałowe (0-20mA).

Tensometryczny pomiar momentu obrotowego jest możliwy bez potrzeby stosowania ruchomych połączeń elektrycznych. Podstawą rozważań i obliczeń dalej jest wymieniona przeze mnie w poprzednim poście - tuleja pomiarowa zaopatrzona w dwa kołnierze, z których jeden zamocowany jest do urządzenia będącego źródłem napędu a drugi do urządzenia, do którego napęd jest przekazywany.
We wszystkich przetwornikach przetwarzana jest pewna wielkość fizyczna będąca skutkiem innego oddziaływania fizycznego na pewną wielkość matematyczną. Znając relacje między tymi wielkościami: jesteśmy w stanie obliczyć, albo zastosować odpowiednie środki techniczne aby odczyt wskazywanej wielkości matematycznej, bezpośrednio w liczbach obrazował wielkość oddziaływania które pragniemy zmierzyć. W naszym przypadku jest to wielkość momentu obrotowego w naszej tulei pomiarowej.
W przypadku zastosowania tensometrów elektrycznych: za pomocą prądu elektrycznego mierzymy odkształcenie powierzchni tulei pomiarowej spowodowane oddziaływaniem na nią momentu obrotowego, którego wielkość pragniemy zmierzyć.
Ograniczeniem jest: brak ruchomych połączeń elektrycznych oraz zakaz ze względu na koszty - zastosowania transmisji bezprzewodowej sygnału pomiarowego użytecznego do zobrazowania wartości naszego momentu obrotowego, a także potrzeba takiego skonstruowania czujnika pomiarowego aby możliwy był odczyt momentu obrotowego na elemencie pomiarowym obracającym się w dowolną stronę i z dowolną prędkością.
Takie ścisłe zobrazowanie danych jest podstawą do rozwiązywana najbardziej złożonych problemów technicznych. Z informacyjnych danych wynika, że musimy całą myśl twórczą skupić na zaprojektowaniu elementu pomiarowego, w naszym przypadku tulei pomiarowej a nie rozwiązywać problemu metodą ulepszenia ruchomych połączeń.
Pewną trudnością jest także nasze przyzwyczajenie do tensometrów oporowych. Słysząc tensometr od razu wyobrażamy sobie naklejkę z wężykiem w postaci drutu lub folii oporowej. A przecież mogą być jeszcze inne tensometry. Właśnie te inne tensometry, a w zasadzie ideę ich budowy wykorzystamy do budowy naszego przetwornika.
Zbudujemy więc nasz tensometr a w zasadzie nasz – przepraszam za pozwolenie sobie użycia może niezbyt gramatycznej nazwy – momentometr.
Jeślibyśmy na kołnierzach naszej tulei pomiarowej nanieśli podziałki to zauważymy, że pod wpływem momentu obrotowego oddziaływującego na tuleję w zależności od wielkości momentu jeden kołnierz obraca się o pewien kąt względem drugiego. Co wprost wynika z zasady sprężystości materiałów. Odkryliśmy dawno odkrytą zależność, która ma posłużyć do zbudowania naszego przetwornika. Pozostaje jednak problemem jak mierzyć ten kąt na dodatek na obracającej się tulei. Pierwsze co się nam nasuwa to potencjometr z rurowym pokrętłem, którego korpus zamocowany jest do jednej tarczy zaś pokrętło do drugiej, ale kable dalej ciągną się za nim więc odpada. Ale przecież oprócz elektrotechniki mamy jeszcze inną – bardzo ważną - dziedzinę fizyki: optykę.
Właśnie optyka wraz elektroniką efektywnie rozwiązuje nasz problem. Mając naniesione na kołnierzach tulei podziałki /załóżmy milimetrowe/ na przemian co drugie milimetrowe pole zamazujemy czarnym flamastrem, przeprowadzając tą czynność wobec obu tarcz. Mamy więc na błyszczącej powierzchni metalowej pola słabo odbijające światło. Stosując zamocowane do podstawy stanowiska pomiarowego dwa odbiciowe transoptory: na ich wyjściach uzyskujemy - w czasie obracania się naszej tulei pomiarowej - ciągi impulsów o tej samej częstotliwości.
Możemy już bezprzewodowo mierzyć prędkość obrotową, ale jak mierzyć moment. Tu znów przychodzi nam z pomocą logika. Jeden z transoptorów umieszczamy na regulowanej podstawce. Obrazując na ekranie oscyloskopu oba przebiegi zauważamy, że są one przesunięte w fazie. Regulując położenie jednego z transoptorów możemy zgrać oba przebiegi fazowo. Umożliwia nam to zerowanie układu pomiarowego. Jeśli więc układ pomiarowy wyzerujemy, to po pojawieniu się momentu obrotowego pojawi się przesunięcie fazowe przebiegów, odpowiednio proporcjonalnie do oddziaływującego na tuleję momentu obrotowego. Więc pomiaru kąta przesunięcia fazowego, a tym samym i wielkości momentu obrotowego może być dokonane już przy użyciu oscyloskopu i linijki.
Wyznaczenie charakterystyki przetwornika oraz współczynnika M/φ [Nm/rad] jest już błahostką. Ważne, że jest metoda.
Obecnie na rynku istnieją odpowiednie moduły do pomiaru częstotliwości oraz kąta przesunięcia fazowego, toteż realizacja układu pomiarowego nie sprawia większego problemu. Sprowadza się to do odpowiedniego złożenia naszych klocków tak, że bezpośrednio na wyświetlaczu będzie pojawiała się wielkość momentu skręcającego tuleję pomiarową.
Niniejszy problem mógłby być rozwiązany również na kilka innych sposobów, zapewniając odpowiednio większą lub mniejszą dokładność pomiarów, przy większym lub mniejszym zróżnicowaniu użytych środków i instrumentów.

Proponuję "odwrócenie" pomiaru.
Jeśli silnik kręci wałem, to obciążony wał "chce" skręcić silnik w odwrotną stronę (reakcja równa akcji ...).
Jeśli zamocujesz silnik na elmentach podatnych, to moment napędowy (skrętny) będzie się przenosił na mocowanie silnika. Na takim elemencie podatnym (to może być np. resor piórowy) możesz nakleić tensometr i pociągnąć od niego druty nieruchome.
Wyskalowanie jest też elementarnie proste: blokujesz wirnik ze stojanem, na wale dajesz ramię, które obciążasz "legalnymi" ciężarkami i wyliczasz moment, odczytując wartość oporności tensometru.
Prostsza jest tylko budowa cepa ...

OK, badula ...
Nie miałem czasu czytać cały Twój tekst - ale jak widać, proponowany jest sposób z 2 niezależnych źródeł, więc MUSI być dobry!
A resor ma tą zaletę, że ulega odkształceniu sprężystemu, więc idealnie nadaje się do pomiaru siły.

Sygnał z tensometru można wzmocnić jeszcze na wale bądź w miejscu montażu poprzez zamontowanie tam również wzmacniacza a do układu pomiarowego przesyłać już sygnał wzmocniony a i być może również przetworzony na sygnał bardziej odporny na zakłócenia (np U/f, U/I albo ADC)

"Od cepa" - jakto pisze Rzuuf - prostsze są jeszcze - nie wymagające użycia cennego drewna - metody:
pomiar mocy dostarczanej do silnika elektrycznego,
pomiar prądu pobieranego przez silnik elektryczny napędu,
pomiar obrotów silnika napędu,
pomiar współczynnika mocy biernej silnika napędu,
pomiar poślizgu silnika asynchronicznego.
Do realizacji nie są potrzebne żadne materiały. Wystarczy tylko aparatura pomiarowa, kartka papieru i coś do pisania aby przeprowadzić obliczenia.
Na podstawie pomiarów takich parametrów można z większą lub mniejszą dokładnością obliczyć moment obrotowy.

Drgania własne stanowiska z zamocowanym sprężyście silnikiem bardzo szybko zniszczą sprzęgło między silnikiem napędu a odbiornikiem mocy, lożyskowania wałów. Zaś przenoszone przez podłoże drgania spowodują pękanie ścian, stropów i konstrukcji. Jeśli stanowisko byłoby usytuowane na piętrze istnieje obawa, że może zmienić kondygnację. Ponadto naprężenia spowodowane przez drgania własne układu będą wytwarzały sygnał nakładający się na użyteczny sygnał pomiarowy.
Silnik musi być zamocowany na płycie, jak również tensometry na niej naklejone.
Do realizacji wibratora do wbijania pali w budownictwie najlepszy jest silnik elektryczny. Najlepiej z niewyważonym wirnikiem zamocowany na resorze.

Chyba, że ma to być bujda.
Na resorach.

Jeśli tak: to tu jest przodek do zaprojektowania.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1852942.html]

Ja bym proponował zastanowic się nad sposobem w którym przed i za miejscem pomiarowym nacinamy ząbki i mierzymy metodami elektromagnetycznymi impulsy przy przejściu ząbka przy elemencie pomiarowym. Mierząc rórznicę impulsów z obu czujników uzyskujemy pośrednio wielkość momentu skręcającego wał. Zreszta zamiast metody magnetycznej można zastosować metodę optyczną przy wykorzystaniu zestawu lusterek naklejonych na wał. Nie wiem jak jest z dokładnościa przy powyzszych metodach ale jest nad czym pomyśleć.

Tematem mojej pracy magisterskiej było "zabezpieczenie silnika przed rozwinięciem nadmiernego momentu.Miała być praktyczna,ale padłem na braku możliwości zakupu wału pomiarowego.Została tylko teoria/1979rok/.Sprawdziłem,istnieją jeszcze firmy na których się wzorowałem .VIBRO-METER AG ,hottinger baldwin messtechnik,trzeba tam zaglądnąć.Na pewno są tam nowsze rozwiązania

Może już autora postu nie zainteresuje ale przyszedł mi taki pomysł do głowy. Proszę popatrzeć na rysunek. Otóz na wałku
zamocowana jest tuleja która jeśli pojawi się moment maksymalny wykręci się względem wałka o jakiś kąt. Na tuleji
wyfrezowana jest powierzchnia pod pewnym kątem. Obrócenie się tuleji spowoduje przesunięcie tarczy (z wypustkiem)
wzdłuż wałka.Przesuwając się tarcza przesunie minimalnie łoże. Łoże zamocowane jest na wałku posuwistym którego ruch
obróci kółka, a to już można zmierzyć.
Wadą tego rozwiązania jest na pewno mała prędkość wału na którym mierzymy moment. Drugą wadą jest wycieranie się
powierzchni ruchomych. Zaletą mała komplikacja.
Zresztą prosiłbym autora jeśli się już obronił o przedstawienie swojego rozwiązania problemu.