Cảm biến đo momen xoắn là gì? Phương pháp đo và ứng dụng thực tiễn

Cảm biến đo momen xoắn là công cụ được sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất công nghiệp, đặc biệt là sản xuất ô tô. Công cụ này rất hữu ích trong việc giám sát quá trình, đảm bảo chất lượng, thử nghiệm cũng như công nghệ truyền động. Vậy cảm biến đo momen xoắn là gì, phương pháp sử dụng cũng như ứng dụng ra sao?

1. Cảm biến đo momen xoắn là gì?

Cảm biến đo momen xoắn, tên tiếng Anh là Torque Sensor, là bộ chuyển đổi cơ học đầu vào xoắn thành tín hiệu điện ở đầu ra. Trong đó, momen xoắn là lực quay hoặc xoắn quanh một trục theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại. 

Cơ cấu lái xe là một ví dụ điển hình. Khi cần rẽ vào một góc, người lái xe cần tác động một lực lên vô lăng, lực này tác dụng momen xoắn trực tiếp lên cột lái. Momen xoắn lúc này được tạo ra bởi sự kết hợp giữa lực từ tay người lái và khoảng cách hai tay tính từ tâm bánh xe.

Hiện nay, hầu hết các dòng xe hiện đại, tiên tiến đều được trang bị hệ thống lái trợ lực điện EPS có cảm biến đo momen xoắn, giúp khách hàng điều khiển xe dễ dàng hơn. Xem thêm thông tin về hệ thống lái trợ điện lực EPS để hiểu hơn về vai trò của thiết bị này.

2. Cấu tạo và phương pháp đo momen xoắn

2.1. Cấu tạo 

Đầu dò của momen xoắn có đồng hồ đo biến dạng nghiêng 45 độ. Tuy nhiên, lĩnh vực ứng dụng sẽ quyết định thiết kế và cấu hình của cảm biến. Trục có thể ở dạng đặc hoặc rỗng, mặt cắt có thể có hình dạng ngoài hình chữ thập và hình vuông nhằm tối đa hóa việc thu được tín hiệu đầu ra có sẵn từ phép đo.

Phần tử SG (Strain Gage) và phần tử quay của bộ chuyển đổi được đặt ở trên trục. Mạch điện nằm ở phần vỏ, bên trong là một vi điều khiển để đo giá trị thu được từ Strain Gage. Tại đây, tín hiệu sẽ được khuếch đại, số hóa và chuyển sang chuẩn giao tiếp như RS-485. Ngoài ra, vi điều khiển cũng giám sát bộ cấp nguồn, khoảng đo, giá trị chuẩn hóa, lưu số serial của thiết bị…

Phần tử SG (Strain Gage) và phần tử quay của bộ chuyển đổi được đặt ở trên trục. Mạch điện nằm ở phần vỏ, bên trong là một vi điều khiển để đo giá trị thu được từ Strain Gage. Tại đây, tín hiệu sẽ được khuếch đại, số hóa và chuyển sang chuẩn giao tiếp như RS-485. Ngoài ra, vi điều khiển cũng giám sát bộ cấp nguồn, khoảng đo, giá trị chuẩn hóa, lưu số serial của thiết bị…

2.2. Phương pháp đo momen xoắn

Cảm biến đo momen xoắn dán tem điện trên bề mặt

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tem dán ứng suất trên trục. Khi dán tem ứng suất với đường tâm trục song song với đường tâm của tem, đường trục và tem dán cũng giãn ra dẫn đến điện trở tăng và ngược lại.

Nhiệt độ có thể thay đổi trên bề mặt đo ứng suất nên cần làm sạch bề mặt lắp cảm biến, chuẩn bị mạch bù nhiệt, hiệu chuẩn chính xác vị trí lắp các cảm biến để thu được kết quả tối ưu nhất. 

Cảm biến đo momen xoắn dựa trên nguyên lý đo góc lệch giữa hai mặt cắt

Thông qua các kỹ thuật khác nhau như quang học, điện từ để đo độ lệch hai mặt cắt, từ đó tính được momen xoắn.

● Phương pháp điện từ: Khi chưa có momen xoắn, sức điện động cảm ứng của e1, e2 trùng pha nhau, răng của đĩa 2, 3 song song với nhau. Khi có momen xoắn, đĩa 2 và đĩa 3, sức điện động cảm ứng e1 và e2 lệch nhau một góc tỉ lệ với momen.

● Phương pháp quang học: Phương pháp quang học cũng sử dụng một hệ thống phát tín hiệu bằng LED với tốc độ truyền cao. Bộ thu tiếp nhận các tín hiệu quang học từ hai thiết bị đo vòng quay trên trục. Dựa trên thu thập từ thiết bị ngoại vi qua USB, Wireless, Ethernet,… dữ liệu thu được có thể được đọc bởi thiết bị thu phát kỹ thuật số hoặc máy tính nhanh chóng và có thể truyền qua vệ tinh.

Phương pháp quang học cũng sử dụng một hệ thống phát tín hiệu bằng LED với tốc độ truyền cao. Bộ thu tiếp nhận các tín hiệu quang học từ hai thiết bị đo vòng quay trên trục. Dựa trên thu thập từ thiết bị ngoại vi qua USB, Wireless, Ethernet,… dữ liệu thu được có thể được đọc bởi thiết bị thu phát kỹ thuật số hoặc máy tính nhanh chóng và có thể truyền qua vệ tinh.

3. Các ứng dụng đo cảm biến momen xoắn trong thực tế

● Trong giáo dục: Giảng dạy về động cơ đốt, động cơ điện hoặc tích hợp hai loại động cơ, hệ động cơ tàu thủy… trong các mô hình thí nghiệm.

● Trong đo lường, kiểm định: Đo momen xoắn trong tàu thủy, ô tô; đo lường, kiểm định công suất động cơ máy phát, động cơ tàu.

● Trong sản xuất, giám sát, điều hành sản xuất: Thực hiện đo lực của thiết bị vặn nắp chai, dự tải nhíp, dự tải ổ trục, độ chuyển vị của trục, tăng hoặc giảm lực vặn đinh vít…

● Kiểm tra cơ cấu, hệ thống cơ khí: Kiểm tra momen trục khuỷu, quạt, vòng bi, lưu tốc kế, băng chuyền…

● Kiểm tra sức bền: Kiểm tra các công cụ cầm tay, đồ gia dụng, động cơ đốt trong…

● Nông nghiệp: Điều khiển momen xoắn máy móc.

Có thể nói, việc giải quyết hiệu quả các vấn đề trong quá trình kiểm tra, giám sát, thử nghiệm… đã giúp công cụ cảm biến đo momen xoắn được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Từ chế tạo, thiết kế, giáo dục đến điều hành sản xuất, thậm chí lĩnh vực nông nghiệp cũng áp dụng trong máy móc.

Hiện nay, các mẫu xe ô tô của VinFast như VinFast President,  VinFast Fadil, VinFast VF e34, VinFast Lux SA2.0, VinFast Lux A2.0 đều được ứng dụng hệ thống trợ lực lái điện có cảm biến đo momen xoắn. Hãy đăng ký lái thử miễn phí và đặt cọc xe ngay hôm nay để nhận được những ưu đãi vô cùng hấp dẫn từ VinFast! 

Để có thêm thông tin hoặc cần hỗ trợ tư vấn về sản phẩm, vui lòng liên hệ với chúng tôi:

• Tổng đài tư vấn – miễn cước toàn quốc: 1900 23 23 89
• Email chăm sóc khách hàng: [email protected]

>>>Xem thêm: 

Hệ thống lái trợ điện lực EPS và những điều cần biết