اهمیت گشتاور به عنوان یک کمیت اندازه گیری:

ابزارهای امروزی با ویژگی های کامپیوتری پیشرفته خود تعداد زیادی از پارامترها را در هنگام اندازه گیری در نظر می گیرند تا سطح دقت و پاسخ پویا را بالا ببرند. مثلا در اندازه گیری گشتاور، اندازه گیری توان راکتیو یا راندمان نیز مهم است. مزیت قابل توجه تعیین گشتاور با روش فوق این است که به هیچ گونه مداخله مکانیکی برای اندازه گیری گشتاور نیازی نیست. اما عیب آن این است که تا حد محدودی برای اندازه گیری دقیق مناسب است.

عدم قطعیت موجود در اندازه‌گیری گشتاور با ابزارهای محاسباتی محض می‌تواند چندین بار بدتر از استفاده از مبدل‌های گشتاور مجهز به سیستم‌های اندازه‌گیری استرین گیجی باشد. با توجه به دقت بیشتر مبدل های استرین گیجی، آنها معمولا به عنوان مبدل های انتقال هنگام کالیبراسیون ماشین های الکتریکی نیز استفاده می شوند.

2-2 اندازه گیری گشتاور واکنشی( Reaction Torque ):

2-2-1 اندازه گیری نیروی واکنش ( Reaction Force ) روی بازوی اهرمی:

اندازه گیری نیروی واکنشی بر اساس این اصل که گشتاور In-Line برابر با گشتاور واکنشی است، روشی است که اغلب برای تعیین توان استفاده می شود. شکل 2 یک پیکربندی اندازه گیری صنعتی را با یک دستگاه ترمز نصب شده در آونگ نشان می دهد. نیروی وارد بر انتهای بازوی اهرمی با استفاده از مبدل نیرو اندازه گیری می شود. این روش به قطعات مکانیکی پیچیده نیاز دارد. برای جلوگیری از خطاهای اندازه گیری، باید تاثیرات مزاحم مانند تغییرات در یاتاقان آونگ در طول زمان، انبساط بازوی اهرم به دلیل تغییرات دما، و حالت های مختلف عملکرد را در نظر گرفت.

در این روش از یک طرف، اینرسی جرم های بزرگ دخیل، تست های دینامیکی را دشوار می کند. ممان جرمی اینرسی به عنوان یک فیلتر پایین گذر مکانیکی عمل می کند. از طرف دیگر این ویژگی می تواند در مواردی که نیازی به اندازه گیری گشتاورهای دینامیکی نباشد نیز مزیت محسوب شود. زیرا مولفه های گشتاور دینامیکی که مورد توجه نیستند، مبدل نیرو را تحت تاثیر خود قرار نمی دهند.

2-2-2 مبدل های اندازه گیری گشتاور واکنشی:

مبدل‌های گشتاور واکنشی، عملکردهای بلبرینگ و مبدل نیرو در مورد اندازه‌گیری گشتاور مبتنی بر بازوی اهرمی که در بخش قبل توضیح داده شد، در یک دستگاه ترکیب می‌کنند. کاربرد اصلی آنها اندازه گیری گشتاور غیر چرخشی است. یکی از کاربردهای آنها نظارت بر فرآیند در همزن ها، رابلرها و انواع مشابه این تجهیزات می باشد. در چنین کاربردهایی مبدل مستقیما بین مخزن و درایو روی همزن قرار می گیرد. شفت موتور درست از وسط مبدل عبور می کند. شکل 3 یک پیکربندی پیشنهادی برای اندازه گیری ویسکوزیته بر اساس اندازه گیری گشتاور واکنشی را نشان می دهد.

گشتاور محرک وارد شده به همزن، باید به صورت یک گشتاور واکنشی از محفظه موتور به فلنج مخزن منتقل شود. یک دیسک اندازه گیری گشتاور واکنشی دقیقا در این نقطه، بین محفظه موتور و مخزن نصب شده است. شفت همزن از طریق سوراخ مرکزی مبدل به موتور متصل می شود و موتور روی دیسک اندازه گیری نصب می شود. جالب توجه است که اصطکاک یاتاقان موتور، بر خلاف اصطکاک یاتاقان در انتهای پایین همزن، باعث خطای اندازه گیری نمی شود.

2-3 اندازه گیری گشتاور چرخان (In-Line torque):

این روش، گشتاور را در یک قطار چرخشی از شفت ها اندازه گیری می کند. و معمولا به عنوان اندازه گیری گشتاور در خط نیز شناخته می شود. شکل 4 حالت دیاگرامی این موضوع را نشان می دهد. مبدل‌های گشتاور به طور معمول به سه دسته تقسیم می‌شوند: شفت‌های گشتاور، توپی‌های گشتاور و فلنج‌های گشتاور.

می توان از اصول فیزیکی مختلفی برای ایجاد سیگنال (تبدیل گشتاور به سیگنال الکتریکی) استفاده کرد که در زیر به مهم ترین آنها اشاره می کنیم:

• هیدرولیک، پنوماتیک
• تبدیل یک تغییر شکل الاستیک به تغییر در مقدار خازن، اندوکتانس، مقاومت و یا فاز.

امروزه متداول ترین روش مورد استفاده، اندازه گیری تغییر شکل یا کرنش با کمک کرنش سنج ها (SGs) است که مقاومت خود را متناسب با کرنش تغییر می دهند. تمام مبدل های گشتاور شرکت هوشمند صنعت تاو الکترونیک بر اساس این اصل طراحی شده اند.

2-4 استفاده از استرین گیج در مبدل های اندازه گیری گشتاور:

مبدل‌های گشتاور استرین گیجی (SGs) عمدتا از عناصر ارتجاعی ترکیب شده با گیج‌های فشار (SGs) و المان های جبرانی و همچنین لوازم جانبی تطبیقی برای اتصالات گشتاور، به طرف‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌اند. ویژگی های اصلی و اهمیت کرنش سنج به عنوان اندازه گیری گشتاور به صورت دقیق در زیر بیان شده است:

• کرنش سنج های مورد استفاده در پل اندازه گیری SG (یا مدار پل وتستون که به نام دانشمند انگلیسی سر چارلز وتستون نامگذاری شده است) همراه با المان های جبران کننده، دارای ویژگی های عالی از نظر خطی بودن، پسماند ، خزش و تکرارپذیری هستند.
• از آنجایی که SG ها جرم ناچیزی دارند، فرکانس های ایجاد شده در فرآیندهای مورد بررسی می تواند بسیار زیاد باشد (بزرگتر از 50 کیلوهرتز).
• گشتاورهای استاتیکی و دینامیکی را می توان توسط آنها اندازه گیری کرد.
• استرین گیج ها در حضور ارتعاش استحکام بسیار خوبی از خود نشان می دهند که باعث می شود تحت بارهای متناوب بسیار پایدار باشند.
• مبدل های گشتاور با SG ها هنگامی که به طور مناسب برای کاربرد مورد نظر پیکربندی شوند، پایداری طولانی مدت عالی از خود نشان می دهند.
• با توجه به اینکه استرین گیج ها طوری طراحی می شوند که حداقل پاسخ حرارتی را در خروجی خود نشان دهند، بکارگیری آنها در مدار پل وتستون و بهره گیری از خاصیت جبران سازی آن، به همراه بقیه المان های جبران کننده در مدار مبدل، باعث می شود که دما اثر ناچیزی در خروجی مبدل داشته باشد. بنابراین این مبدل ها را می توان در رنج وسیعی از دماها به کار برد.
• توسط استرین گیج، گشتاور را می توان در جهت های مثبت و منفی اندازه گیری کرد.
• پل اندازه گیری SG می تواند متغیرهای مکانیکی بسیار بحرانی را که ممکن است در طول اندازه گیری گشتاور باعث ایجاد تداخل شوند، مانند گشتاورهای خمشی، نیروهای محوری، نیروهای جانبی و اثرات دورانی را جبران کند.