Cuplul (momentul de torsiune) reprezintă un parametru funcţional important pentru diferite maşini şi mecanisme ca: motoare electrice sau cu ardere internă, pompe, reductoare, transmisii de forţă, maşini prelucrătoare, vehicule etc. Determinarea cuplului permite stabilirea caracteristicilor funcţionale ale agregatelor sau parametrilor unor procese industriale de prelucrare. Cunoscând şi turaţia corespunzătoare, se poate stabili puterea debitată sau absorbită, în vederea asigurării unei funcţionări cu randament maxim a instalaţiilor.

Faţă de aparatele bazate pe metodele de măsurare clasice (mecanice, optice, elecromecanice), aparatele electronice pentru măsurarea cuplului - numite de obicei torsiometre electronice - prezintă o serie de avantaje: sensibilitate ridicată, posibilitatea măsurării regimurilor tranzitorii cu variaţie rapidă, posibilitatea înregistrării sau a transmiterii la distanţă a rezultatului măsurătorii.

Diversitatea soluţiilor adoptate pentru realizarea torsiometrelor electronice este determinată în principal de tipul traductorului utilizat, care stabileşte structura întregului aparat.

Unele torsiometre permit determinarea nu numai a cuplului M ci şi a vitezei unghiulare ω şi deci a puterii transmise :

P = M× ω [Nm/s]

în acest caz aparatul reprezentând de fapt o instalaţie complexă de măsurare a cuplului şi a puterii mecanice.

Traductoarele de cuplu se bazează pe deformaţia elastică a unui element, căruia i se aplică cuplul de măsurat. Acest element poate fi chiar arborele prin care se transmite cuplul; deoarece în multe cazuri axele supuse măsurării prezintă o rigiditate la torsiune ridicată, pentru a obţine o sensibilitate mărită, este avantajoasă intercalarea în sistemul mecanic de transmitere a cuplului a unei piese special construită în acest scop şi care reprezintă de obicei un cilindru de o anumită lungime.

Aplicarea momentului de torsiune produce în elementul elastic o stare de tensiuni şi deformaţii, precum şi o deplasare unghiulară relativă a diferitelor secţiuni. Ambele aceste efecte sunt proporţionale cu valoarea cuplului aplicat, dacă se asigură o comportare liniară a materialului elementului elastic. De remarcat că efectele elastice apar atât în cazul aplicării statice a cuplului cât şi în piesele care se găsesc în rotaţie.

La un arbore de diametru D supus unui cuplu M, tensiunile tangenţiale t sunt maxime pe o direcţie ce face un unghi de 45⁰ cu direcţia axială, având valoarea

iar unghiul de răsucire între două secţiuni situate la o distanţă l pe direcţie axială este

în care G este modulul de elasticitate transversală.

Măsurarea cuplului cu ajutorul traductoarelor cu element elastic se reduce astfel la măsurarea deformaţiilor sau la măsurarea unghiului de răsucire.

Principalele tipuri de traductoare, funcţie de mărimea intermediară utilizată la trasformarea cuplului în semnal electric sunt :

prin conversie cuplu - defomaţie -semnal electric:

· traductoare tensometrice;
· traductoare magnetoeletrice;

prin conversie cuplu-unghi de răsucire-semnal electric:

· traductoare inductive;
· traductoare fotoeletrice;
· traductoare cu impulsuri.

3.1 Torsiometre cu traductoare tensometrice

Captoarele de momente cu traductoare rezistive se obţin prin aplicarea pe o anumită circumferinţă a arborelui solicitat la răsucire, a patru traductoare rezistive, dispuse din 90 în 90^o şi înclinate la 45^o faţă de generatoare, în sensuri diferite, alternând succesiv (fig. 3.1).

Prin această plasare a traductoarelor şi prin conectarea lor în punte completă se realizează o sensibilitate maximă a măsurării momentului de răsucire, precum şi compensarea elementelor datorate solicitărilor la îmcovoiere, întindere sau compresiune, precum şi variaţiei de temperatură.

Astfel, considerând un traductor de lungime l (fig. 3.2), înclinat sub unghiul α faţă de generatoarea arborelui de rază r, se poate presupune că la deformarea de răsucire a secţiunii ce trece prin punctul B, traductorul având capul A fix, se va alungi, astfel încât capătul B se va deplasa în B'. Distanţa cu care se deplasează capătul B este rq şi produce alungirea traductorului la lungimea l+Dl.

Aplicând regula cosinusului în triunghiul ABB', rezultă:

Substituind - cos (90^o+a) = sina şi neglijând pătratele mărimilor mici (Dl ² şi q ² ), rezultă:

Dl = r q sin a (3.4)

sau

Inlocuind pe q cu expresia (3.2), se obţine:

Din triunghiul ACB, rezultă L = l cos a, care se înlocuieşte în relaţia (3.6). De asemenea, se introduce în relaţie modulul de rezistenţă polar al secţiunii arborelui şi se obţine:

Rezultă că alungirea maximă a traductorului se obţine atunci când sin 2a = +1, deci când a = 45^o şi 225^o, iar alungirea minimă rezultă când sin 2a = -1, deci a = 135^o şi 315^o.

In cazul punţii complete, când semnalele celor patru traductoare se însumează, rezultă

U_m = U_a k e

şi înlocuind pe e cu expresia (3.7), se obţine:

în care K este o constantă a cărei mărime şi unitate de măsură rezultă din relaţia (3.8). Se constată că relaţia exprimă liniaritatea între tensiunea de ieşire din punte şi momentul de răsucire, dacă tensiunea de aliimentare este constantă. De asemenea, fiecare pereche de traductoare dispuse diagonal opus, având deformări de sensuri diferite ca urmare a solicitărilor la încovoiere, semnalele la ieşirea din circuitul electric se anuluază. De asemenea, semnalele datorită solicitărilor la întindere sau compresiune se vor anula, ca urmare a faptului că toate cele patru traductoare se deformează identic la aceste solicitări.

Legătura electrică între traductoarele aplicate pe arborele în rotaţie şi aparatura de măsură, se realizează cu colectoare speciale. Colectoarele utilizate curent în cercetările experimentale sunt de două tipuri: cu contacte şi fără contacte.

Colectoarele cu contacte pot fi: cu contacte glisante şi cu mercur.

O altă soluţie pentru realizarea legăturii electrice între traductorul în mişcare şi aparatura de măsură fixă constă în utilizarea unor traductoare de construcţie specială, transformatoare rotative - obţinîndu-se nişte cuple torsiometrice fără colector (figura 3.5).

Puntea de mărci tensiometrice aflată pe axul traductorului este intercalată între două transformatoare, astfel realizate încât una din înfăşurări (P1, respectiv P2) este solidară cu corpul traductorului (statorul), iar cealaltă (S1, respectiv S2) se găseşte pe axul traductorului (rotor), aceasta din urmă putându-se roti liber, fără ca rotirea să influenţeze funcţionarea electrică a transformatoarelor. Unul din transformatoare asigură funcţionarea punţii de traductoare, în timp ce cel de al doilea transmite semnalul de dezechilibru al acestei punţi la intrarea tensometrului electronic.

O altă posibilitate de a asigura legătura între cupla torsiometrică tensometrică şi aparatura de măsură este utilizarea modulaţiei de frecvenţă, ilustrată în figura 3.6.

Tensiunea de dezechilibru a punţii determină valoarea frecvenţei oscilatorului modulat în frecvenţă, aflat de asemenea pe ax. Semnalul de la bobina emiţătoare este transmis inductiv la bobina receptoare (fixă) şi apoi la discriminatorul de frecvenţă, care furnizează un semnal proporţional cu deviaţia de frecvenţă, respectiv cu momentul de torsiune măsurat. Sistemul permite şi măsurări în regim dinamic.

3.2 Torsiometre cu traductoare magnetoelectrice

Acestea sunt realizate pe baza efectului magnetoelectric, care constă în dependenţa permeabilităţii magnetice de starea de tensiune şi de deformaţia magnetică.

Toate materialele feromagnetice prezintă într-o măsură mai mare sau mai mică acest efect, fiind însă mai pronunţat în cazul anumitor metale ca, de exemplu, nichelul, aliajele fier-nichel etc.

Elementul magnetoelastic poate fi arborele care este supus măsurării. In acest caz, dezavantajul datorat unei sensibilităţi mai reduse - deoarece oţelurile utilizate la construcţia arborilor au un efect magnetoelastic scăzut - este compensat de simplitatea construcţiei.

Pentru obţinerea unei sensibilităţi mari se poate adopta soluţia unor cuple intercalate în sistemul mecanic de transmitere a cuplului, axul cuplei fiind realizat din materiale cu proprietăţi magnetice ridicate.

In figura 3.7 este prezentat schematic principiul de funcţionare a unui traductor de tip inductanţă variabilă. Fluxul magnetic al bobinei se închide prin miezul statoric şi o porţiune din arborele în rotaţie. Variaţia de reluctanţă, provocată de efectul magnetoelastic, modifică inductanţa bobinei. O a doua bobină, identică cu prima, dar dispusă la 90^o faţă de ea va suferi variaţii de inductanţă de semn opus; ambele bobine, conectate în mod corespunzător, constituie o semipunte inductivă, care permite o măsurare diferenţială a variaţiilor de inductanţă, proporţionale cu momentul de torsiune aplicat.

In figura 3.8 este prezentat principiul de funcţionare a traductorului de tip transformator.
Pe piesele polare executate din tablă silicioasă, sunt dispuse bobinele, respectiv bobinele secundare, sensurile de bobinare fiind alese astfel încât să se formeze câte doi poli magnetici nord şi sud. La bobinele primare este conectat un generator de curent alternativ, iar la bobinele secundare intrarea unui voltmetru electronic. Fluxul înfăşurărilor primare se închide între polii P1, P2 prin arborele de rotaţie. Atâta timp cât distribuţia de flux în arbore este simetrică în raport cu generatoarea P1 - P2, în înfăşurările secundare nu se induce nici o tensiune. Dacă arborele este torsionat şi devine anizotrop din punct de vedere magnetic, între polii S₁ şi S₂ apare o diferenţă de potenţial magnetic şi o parte din flux va trece prin miezul secundar, inducând o anumită tensiune alternativă în înfăşurările acestuia. Se observă că sistemul reprezintă o punte, ale cărei braţe sunt constituite de reluctanţele P₁S₁, S₁P₂, P₂S₂ şi S₂P₁ şi funcţionează ca analogul magnetic al punţii Wheatstone dezechilibrate. Pentru a se evita inducerea directă a tensiunii din primar în secundar, cele două bobine trebuie să fie ecranate între ele.

Precizia traductoarelor magnetoelastice descrise este afectată de descentrarea (bătaia) arborelui faţă de miezul fix. O altă sursă de erori o poate constitui neuniformitatea pe circumferinţă a proprietăţilor magnetice şi magnetoelastice ale arborelui. Ambele cazuri duc la apariţia unui semnal parazit, în ritmul rotaţiei arborelui, care pentru a fi atenuat trebuie filtrat cu circuite a căror constantă de timp se alege de acelaşi ordin de mărime cu perioada unei rotaţii.

Torsiometrele cu traductoare magnetoelastice au avantajul simplităţii constructive, sunt robuste şi sigure în funcţionare. Au o sensibilitate destul de ridicată, astfel încât nu necesită prezenţa în lanţul de măsurare a unui amplificator. În schimb, au precizie şi stabilitate reduse (datorită fenomenelor de histerezis, neliniaritate şi efectelor de temperatură) şi pot fi utilizate numai la măsurări în regim static sau regim dinamic cu variaţie lentă.

Torsiometrele magnetoelastice îşi găsesc utilizarea la măsurări pe instalaţii de acţionare de mare putere cum ar fi laminoare, mori cu bile, motoare de vapor etc., unde este necesar un control continuu al momentului transmis.

3.3 Torsiometre cu traductoare inductive

Torsiometrele cu traductoare inductive utilizează ca mărime neelectrică intermediară unghiul de răsucire relativă a două secţiuni situate la o anumită distanţă; această distanţă este numită baza de măsurare. Răsucirii elementului elastic îi corespunde o deplasare relativă pe direcţia tangenţială, care poate fi pusă în evidenţă cu ajutorul unui element sensibil analog cu cele utilizate în micrometrele electronice [N05].

Un exemplu de traductor care utilizează un sistem inductiv de măsurare a micilor deplasări este prezentat schematic în figura 3.9.

Două piese tubulare sunt solidare cu axul în două secţiuni, distanţa dintre ele constituind baza de măsurare. Pe tubul exterior sunt fixate două miezuri magnetice cu înfăşurările respective, iar pe tubul interior o armătură care se poate deplasa în interiorul lăsat între cele două miezuri. Tubul exte-rior poartă şi inelele colectoare, care prin intermediul unor perii, fac legătura între traductor şi aparatura de măsurare. Din punct de vedere electric, traductorul poate fi utilizat fie într-un montaj de punte inductivă, fie ca transfomator diferenţial. Ca şi în cazul traductoarelor torsiometrice tensometrice, unde s-au adoptat diferite soluţii pentru a elimina necesitatea colectoarelor, şi în cazul torsiometrelor cu traductoare inductive s-au realizat construcţii moderne de traductoare, fără contact galvanic, cuplajul între arborele în rotaţie şi partea fixă a instalaţiei realizându-se magnetic.

Torsiometrele cu traductoare inductive se disting printr-o construcţie relativ simplă, precizie şi sensibilitate ridicată (erorile de măsurare sunt de obicei de ordinul 0,5 %), permiţând măsurări de cuplu în intervale largi de valori, la turaţii până la 20 … 25 000 rot/min.

Măsurarea momentelor cu LVDT

Sunt mai multe metode posibile de utilizare a dispozitivelor LVDT (transformator diferenţial cu inductanţă variabilă) la măsurarea momentelor [***]. O metodă (figura 2.16a) foloseşte o celulă de sarcină LVDT montată pe un element al unui cuplaj de moment de torsiune. Celula este încărcată tangenţial printr-un braţ rigid de pe celălalt element al cuplajului care acţionează ca braţul forţei. Momentul este produsul dintre forţa indicată şi lungimea braţului forţei. Dacă aplicaţia necesită rotire în ambele sensuri, un jug ataşat capsulei poate fi ataşat braţului rigid. Desigur, este necesar să fie folosită o celulă care să măsoare forţe de tracţiune şi de compresiune.

O altă metodă (figura 3.10 b) utilizează o grindă în consolă ce se deformează şi un element elastic. Partea încastrată a grinzii este perpendiculară pe axa de rotaţie. Un LVDT este montat pe celălalt element pentru a măsura deformarea grinzii. Dacă deformaţia grinzii este mică, eroare dată de aparenta modificare a lungimii braţului sau oblicităţii sale este mică. Ieşirea LVDT-ului poate fi calibrată pentru moment de torsiune.

A treia metodă de măsurare a momentelor (fig. 3.10 c) utilizează un RVDT pentru a sesiza deplasarea unghiulară a două elemente frontale încărcate în planul de rotaţie. Carcasa sau statorul RVDT-ului este legat la un element al cuplajului, iar arborele sau rotorul este legat la celălalt element. Gama momentului de torsiune depinde de forţa exercitată de arcuri şi de distanţa radială la care sunt dispuse arcurile.

3.4 Torsiometre cu traductoare capacitive

Elementul sensibil al traductorului torsiometric capacitiv este un condensator, format din două piese concentrice tubulare, solidarizate în două secţiuni ale axului, având între ele un interstiţiu de câteva sutimi de milimetru. Construcţia mecanică a unui astfel de traductor este asemănătoare cu cea din figura 3.9. Piesa tubulară exterioară (electrodul exterior) are pe suprafaţa sa interioară o serie de caneluri longitudinale; în mod similar este prelucrată suprafaţa interioară a tubului interior (care reprezintă electrodul interior al condensatorului). Constanţa interstiţiului este asigurată de rulmenţi.

In figura 3.11 este reprezentată variaţia capacităţii traductorului în funcţie de unghiul de răsucire (respectiv momentul de torsiune), o perioadă a curbei corespunzând unei deplasări relative a celor doi electrozi cu un canal; de asemenea este indicată poziţia relativă a electrozilor corespunzând capacităţii minime, respectiv capacităţii maxime a condensatorului.

Montarea traductorului se realizează astfel ca, în absenţa momentului de torsiune, capacitatea condensatorului să corespundă valorii medii.

Torsiometrele cu traductoare capacitive sunt avantajoase pentru executarea măsurărilor la temperaturi ridicate, de exemplu în cazul motoarelor cu ardere internă. In schimb ele sunt mai pretenţioase atât în privinţa preciziei prelucrărilor mecanice, cât şi a schemelor electronice cu care pot lucra.

Pe axul care constituie elementul elastic prin care se transmite momentul de măsurat, se fixează în două secţiuni ale sale, aflate la capetele elementului elastic, două discuri identice prevăzute cu fante radiale, a căror poziţie relativă este determinată de mărimea cuplului. In corpul imobil al traductorului, de o parte şi de alta a discurilor, se găsesc două becuri, respectiv două fotocelule. Mişcarea relativă a discurilor cu fante sub acţiunea cuplului aplicat modifică suprafaţa ferestrelor prin care poate trece fasciculul luminos, respectiv iluminarea fotocelulelor. Semnalul electric furnizat de fotocelule, proporţional cu cuplul măsurat, este indicat direct de un instrument magnetoelectric. Suprafaţa fotocelulelor acoperă mai multe segmente ale discurilor, ceea ce asigură o micşorare a pulsaţiilor semnalului de ieşire.

Precizia de măsurare a unui astfel de torsiometru este determinată de neliniaritatea fotocelulelor, de precizia de execuţie şi montaj a discurilor cu fante, precum şi de dependenţa de temperatură a sensibilităţii fotocelulelor. Din cauza surselor de lumină pe care le conţin, torsiometrele cu traductoare fotoelectrice sunt sensibile la vibraţii şi şocuri.

3.6 Torsiometre cu traductoare de impulsuri

Torsiometrele cu traductoare de impulsuri folosesc traductoare a căror mărime de ieşire este faza semnalului, furnizând două succesiuni de impulsuri, al căror decalaj este proporţional cu momentul de torsiune aplicat. Blocul electronic de măsurare al torsiometrului este un fazmetru, care poate fi cu indicaţie analogică sau cu indicaţie numerică.

Semnalele furnizate de traductoarele de impulsuri conţin informaţia nu numai asupra momentului de torsiune (defazajul) dar şi asupra turaţiei (frecvenţa impulsurilor). Aceasta dă posibilitatea, ca printr-o prelucrare relativ simplă a acestor semnale, să se poată determina şi puterea transmisă prin arbore, parametru important la măsurările de cuplu.

In continuare se vor descrie principalele tipuri de traductoare de impulsuri, precum şi blocurile electronice pentru prelucrarea semnalelor furnizate de acestea.

Diferitele traductoare torsiometrice de impulsuri, indiferent de principiul lor de funcţionare (inductiv, fotoelectric etc.) nu necesită prezenţa unor colectoare cu contacte pentru a realiza legătura între traductorul în mişcare şi aparatura fixă pentru prelucrarea semnalelor furnizate.

O particularitate a acestor traductoare este că nu pot fi utilizate decât pentru măsurarea cuplului arborilor aflaţi în mişcare de rotaţie (impulsurile nu sunt furnizate de traductor decât atunci când acesta se află în mişcare de rotaţie); această caracteristică a traductoarelor complică operaţia de etalonare, nefiind posibilă o simplă etalonare statică.

Cele mai răspândite traductoare de impulsuri sunt traductoarele de inducţie. Un traductor torsiometric de inducţie de construcţie foarte simplă constă din două roţi dinţate de oţel, plasate în două secţiuni diferite ale axului, în dreptul fiecăruia găsindu-se câte un magnet permanent şi o bobină, având circuitul magnetic deschis şi astfel dispus, ca trecerea dinţilor roţilor să provoace o variaţie de reluctanţă. In timpul rotirii axului se obţin două succesiuni de impulsuri, între care există un anumit defazaj, variabil cu unghiul de răsucire al porţiunii de arbore cuprins între cele două roţi dinţate.

In figura 3.13 este prezentat schematic principiul de lucru al unui astfel de traductor.

Dacă turaţia axului traductorului este n (rot/min), şi roţile dinţate ale acestuia au câte N dinţi, frecvenţa de repetiţie a impulsurilor produse de traductor va fi

Când axul traductorului supus momentului de torsiune aplicat M, este torsionat cu un unghi q, între cele două succesiuni de impulsuri furnizate de traductor apare un defazaj j j = N q [s] (3.10)

Rezultă că pentru a avea o sensibilitate bună este indicat să se ia un număr de dinţi cât mai mare, menţinând însă unghiul j _max în limitele de măsurare ale fazmetrului.

Semnalele pe care le furnizează traductorul torsiometric de inducţie pot fi afectate de următoarele erori:

· eroarea de neliniaritate elastică, datorită faptului că dependenţa dintre unghiul de q şi momentul de torsiune M aplicat axului nu este perfect liniară;

· eroarea cinematică, provocată de jocurile în rulmenţi şi bătăile determinate de impreciziile de prelucrare, care se manifestă printr-o modulaţie parazită de amplitudine a impulsurilor generate de traductor. Această eroare poate fi micşorată foarte mult, prin realizarea unor construcţii cu simetrie circulară, semnalul de ieşire reprezentând în acest caz rezultatul unei integrări de-a-lungul circumferinţei. O posibilitate de obţinere a acestui efect de mediere constă în înlocuirea celor două traductoare cu reluctanţa variabilă cu două piese concentrice cu roţile dinţate şi prevăzute pe partea lor interioară cu acelaşi număr de dinţi N ca acestea.

O variantă a traductorului torsiometric cu inducţie a cărui principiu a fost prezentat în figura 2.18, utilizează în locul roţilor dinţate discuri cu înregistrare magnetică, în locul traductoarelor cu reluctanţă variabilă utilizându-se simple capete magnetice.

Utilizarea discului înregistrat magnetic, fiind echivalentă cu folosirea unei roţi cu număr foarte mare de dinţi a unui traductor de inducţie obişnuit, devine avantajoasă pentru măsurători în domeniul frecvenţelor joase. Inregistrarea magnetică a impulsurilor poate fi realizată nu numai pe discuri, ci şi pe bandă magnetică.

Pe lângă traductoarele de inducţie, se mai folosesc traductoare fotoelectrice şi traductoare cu generatoare Hall.

Prelucrarea semnalului furnizat de traductoarele de impulsuri poate fi realizată de diferite circuite de măsurare analogică a fazei, cum ar fi detectoarele sensibile la fază, circuitele de coincidenţă etc. In prealabil semnalul dat de traductor este normalizat, fiind transformat în impulsuri de formă dreptunghiulară, de amplitudine constantă şi cu fronturi cât mai bune. Cel mai des, torsiometrele cu traductoare de impulsuri şi indicaţie analogică utilizează pentru măsurarea fazei, schema de fazmetru cu circuit basculant bistabil.

In figura 2.19 este prezentată schema bloc a acestui torsiometru. Semnalele, al căror defazaj trebuie măsurat, sunt aplicate la intrările unor circuite amplificatoare-formatoare (realizate de obicei cu etaje amplificatoare şi circuite basculante). Circuitul basculant bistabil este de tipul cu două intrări: pe intrarea “start” sunt aplicate impulsurile de pe canalul I, iar pe intrarea “stop” se aplică impulsurile de pe canalul II [N 05].

Se poate observa că la ieşirea circuitului basculant bistabil se obţin impulsuri, având aceeaşi perioadă T cu semnalul aplicat la intrare şi a căror durată t este egală tocmai cu decalajul semnalelor aplicate pe cele două canale. Valoarea medie a semnalului furnizat de circuitul basculant bistabil este

în care E este amplitudinea constantă a impulsurilor;

j - defazajul semnalelor aplicate;
K - coeficient constant.

Pentru a evita ca circuitul basculant bistabil să fie pus în situaţia de a trebui să lucreze cu rezoluţie foarte ridicată (cazul în care t este foarte mic, impulsurile de “start” şi “stop” fiind aproape simultane), pentru cuplul M = 0 defazajul între semnalele aplicate la intrarea celor două canale este ales de aproximativ 180⁰. Această decalare cu o jumătate din perioada de repetiţie se poate realiza de exemplu prin reglajul iniţial al traductorului. Circuitul basculant bistabil va lucra cu un coeficient de umplere de aproximativ 0,5 funcţie de valoarea momentului de măsurat.

Valoarea medie a potenţialului la ieşirea circuitului basculant bistabil în absenţa momentului de torsiune se compensează cu un potenţial continuu ajustabil, care realizează reglajul de zero electric al aparatului. Aparatul poate astfel sesiza şi sensul momentului, funcţie de polaritatea semnalului obţinut.

Precizia măsurării momentului de torsiune depinde de precizia reproducerii intervalelor de timp t şi T, constanţa saltului de tensiune E a circuitului basculant bistabil şi de forma cât mai riguros dreptunghiulară a acestuia.

Pe baza principiului descris s-au realizat torsiometre cu precizia de 0,5 %.

Un dezavantaj principal al acestui tip de torsiometru este determinat de necesitatea medierii semnalului furnizat de circuitul basculant bistabil, ceea ce limitează utilizarea sa doar pentru un regim staţionar sau regim lent variabil.

O posibilitate pentru măsurarea digitală a fazei semnalului furnizat de traductoarele torsiometrice de inducţie - şi deci a momentului de torsiune - este prezentată schematic în figura 3.15.

Semnalele de la traductorul torsiometric de impulsuri sunt aplicate la intrările celor două canale formatoare. La ieşirea circuitului poartă se obţin impulsuri de durată t, egală cu decalajul în timp al semnalelor aplicate.

La intrarea d a circuitului formator se aplică impulsurile obţinute de la un traductor, având un factor mare de multiplicare K faţă de frecvenţa semnalului furnizat de traductorul torsiometric. Acest traductor tahometric poate fi un traductor independent de traductorul torsiometric, sau poate fi inclus chiar în traductorul de torsiune, realizîndu-se astfel o construcţie mai compactă.

Circuitul poartă permite trecerea impulsurilor de la ieşirea circuitului formator, numai în intervalul de timp t. Numărul de impulsuri n, numărat şi apoi afişat va fi:

în care: t este decalajul între semnalele aplicate la intrare;
T’ - perioada semnalului dat de traductorul tahometric.

Intrucât

Deci indicaţia este proporţională cu defazajul, respectiv cu momentul de torsiune. Valoarea factorului de multiplicare K” se alege astfel ca aparatul să măsoare direct în unităţi de cuplu.

Se folosesc şi alte scheme de torsiometre electronice, bazate pe măsurarea defazajului. Aceste scheme nu diferă, în principiu, de fazmetrele digitale de diferite tipuri.

Precizia de măsurare nu este influenţată de valoarea vitezei de rotaţie a arborelui şi este posibilă indicarea valorii momentane a cuplului.

3.7. Alte tipuri de torsiometre

Un principiu de măsurare simplu pentru măsurarea momentului de torsiune este bazat pe utilizarea tehnicii stroboscopice.

In cele două extremităţi ale axului de torsiune se află două scări vernier. La aplicarea unui cuplu, cele două scări vernier vor fi deplasate, cu un unghi proporţional cu valoarea momentului de torsiune. Citirea acestei indicaţii se face iluminând axul cu impulsuri luminoase date de un stroboscop, având frecvenţa egală cu frecvenţa de rotaţie a axului. Este o metodă de măsură foarte simplă şi care nu necesită utilizarea de colectoare pentru asigurarea contactului cu obiectul în mişcare, însă precizia de măsurare este redusă.

Alte metode şi aparate utilizate pentru măsurarea cuplului se bazează pe folosirea traductoarelor acustice cu coardă vibrantă, convertirea momentului de torsiune în deplasare axială, utilizarea laserului etc.

In figura de mai jos este prezentată construcţia unui captor pentru măsurarea momentului (torsiometru) şi a forţei axiale (dinamometru) la prelucrarea pe maşini de găurit verticale (burghiere, lărgire, alezare etc.). Dornul 1 se montează în alezajul con Morse al arborelui principal al maşinii de găurit. La partea inferioară, dornul este prevăzut cu elementul elastic (bucşă cu pereţi relativ subţiri) pe exteriorul căruia sunt montate traductoarele T_m şi T_f pentru măsurarea momentului de răsucire şi respectiv forţei.

Fig. 3.16 Dinamometru-torsiometru pentru măsurarea forţei axiale şi
a momentului de răsucire la prelucrarea pe maşini de găurit cu coloană

Colectorul dinamometrului-torsiometru este format din zece inele, două din bronz - montate pe bucşa 3 din textolit şi izolate electric între ele prin şaibe de textolit, şi respectiv din zece perii formate din tijele 4 din cupru grafitat. Presiunea dintre perii şi inele se asigură, în domeniul corespunzător, prin arcurile 6. Două din cele zece inele colectoare servesc la măsurarea turaţiei de aşchiere prin metoda impulsurilor.