For å utvikle en effektiv vedlikeholdsstrategi er en grundig forståelse av den interne strukturen og arbeidsprinsippet til momentsensorer avgjørende. Bare ved å vite ikke bare hva den gjør, men også hvorfor den fungerer, kan vedlikehold målrettes og de potensielle risikoene ved blinddrift unngås. Dreiemomentsensorer finnes i mange typer, men kjernefunksjonen deres forblir den samme: føler torsjonsmomentet på en aksel og konverterer den til en standard elektrisk signalutgang.
For tiden inkluderer de mest brukte typene i industrien strain gauge type, magnetoelastic type, faseforskjellstype (magnetostriktiv) og optisk type, blant disse strain gauge typen dominerer på grunn av dens modne teknologi, høye kostnadseffektivitet- og bred anvendelighet. Vi vil fokusere på strain gauge momentsensorer mens vi også vurderer andre typer, analyserer de spesifikke kravene til deres strukturelle egenskaper for vedlikehold.
Kjernen i en strain gauge momentsensor ligger i kombinasjonen av en elastisk kropp og en strain gauge. Den elastiske kroppen er vanligvis laget av høy-legert stål eller rustfritt stål, presisjonsmaskinert og varme-behandlet, og har utmerkede elastiske egenskaper og utmattelsesbestandighet. En motstandstøymåler er bundet til spesifikke steder på den elastiske kroppen (vanligvis spenningskonsentrasjonsområder) ved hjelp av en spesiell bindingsprosess. Når dreiemoment påføres sensorakselen, gjennomgår elastomeren liten torsjonsdeformasjon, noe som forårsaker at strekkmålerne festet til overflaten strekker seg eller komprimeres, noe som resulterer i en endring i motstand.
Disse strain gauges danner vanligvis en Wheatstone-brokrets, og konverterer den minste motstandsendringen til en utgangsspenningssignal på millivolt-nivå. Denne prosessen, tilsynelatende enkel, stiller faktisk ekstremt høye krav til integriteten til den mekaniske strukturen, stabiliteten til limet og balansen i kretsen. Enhver mindre mekanisk skade, aldring av lim eller fuktighet i kretsen kan forstyrre brobalansen, og føre til null-punktsdrift, redusert følsomhet eller til og med signalforvrengning.
I tillegg til kjernesensorenheten, integrerer moderne dreiemomentsensorer også signalbehandlingskretser, et temperaturkompensasjonsnettverk, overbelastningsbeskyttelsesenheter og en forseglet husstruktur. Signalbehandlingskretsene forsterker, filtrerer og konverterer det svake brosignalet til en standard analog (f.eks. 0-10V, 4-20mA) eller digital (f.eks. RS485, CANopen, EtherCAT) utgang. Temperaturkompensasjonsnettverket kompenserer for effekten av variasjoner i omgivelsestemperaturen på strekkmålermotstanden og elastomermodulen, og sikrer konsistente målinger under forskjellige temperaturforhold. Overbelastningsbeskyttelsesanordninger (som mekaniske grenseblokker) er utformet for å forhindre utilsiktet overbelastning fra å forårsake plastisk deformasjon eller brudd på elastomeren. Hustetningsstrukturen bærer det tunge ansvaret for støvtetting, vanntetting og oljebeskyttelse; IP-klassifiseringen bestemmer direkte sensorens overlevelsesevne i tøffe miljøer.
Mens prinsippene for magnetoelastiske eller faseforskjellssensorer er forskjellige, er vedlikeholdslogikken deres lik. Disse sensorene utnytter egenskapen at permeabiliteten til ferromagnetiske materialer endres under kraft, eller måler dreiemoment ved å oppdage en liten faseforskjell mellom inngangs- og utgående aksler. De krever vanligvis ikke sleperinger eller kontaktstrømkollektorer, og oppnår ikke-kontaktsignaloverføring, og har dermed iboende fordeler med hensyn til slitestyrke og vedlikeholdsfri-drift.
Dette betyr imidlertid ikke at de fullstendig kan ignorere vedlikehold. Stabiliteten til den magnetiske kretsen, spolens isolasjonsytelse, renheten til luftgapet og varmeavledningen til den elektroniske enheten er også nøkkelfaktorer som påvirker deres langsiktige pålitelighet. Optiske sensorer er avhengige av deformasjon av gitter eller optiske fibre for å registrere dreiemoment, og er ekstremt følsomme for støv, olje og optisk banejustering; derfor er rengjøring og beskyttelse spesielt viktig.