Tork nasıl ölçülür? Sensör, tork anahtarı ve doğru yöntem seçimi

Değerli meslektaşlarımız merhaba,

Tork, bir kuvvetin eksen çevresindeki döndürme etkisidir. Ölçümde amaç yalnız kuvveti değil, belirli bir noktadan aktarılan momenti bulmaktır. Bunun için tork sensörü, tork anahtarı veya kuvvet ile moment kolunu birlikte değerlendiren bir düzenek kullanılır. En uygun yöntem; cıvata sıkma, motor testi veya üretim kontrolü gibi uygulamanın ne istediğine bağlıdır.

Sonuç çoğunlukla newton-metre (N·m) ile verilir. Tork birimleri arasında kgf·cm ve lbf·ft de bulunur. 1 lbf·ft ≈ 1,35582 N·m; cihaz ekranındaki birim ile kabul sınırının birimi aynı olmalıdır.

Hangi iş için hangi ölçüm yöntemi?

Sabit sensör ile statik ölçüm aynı kavram değildir. Statik tork zamanla değişmeyen, dinamik tork ise değişen momenti anlatır. Sabit bir reaksiyon sensörü de, bant genişliği uygunsa, değişen torku ölçebilir. Dönen bir mildeki tork ise sabit kalabilir; sensörün dönmesi ile torkun değişmesi ayrı özelliklerdir.

Gerinim ölçerli tork sensörü nasıl çalışır?

Tork, ölçüm elemanında küçük bir elastik burulma oluşturur. Gerinim ölçerlerin (strain gauge) direnci bu şekil değişimiyle değişir. Silindirik mil uygulamalarında mil eksenine yaklaşık ±45° yerleştirilen ölçerler ve Wheatstone köprüsü kullanılarak sinyal elde edilir. Kalibrasyon, bu elektriksel sinyal ile bilinen tork arasındaki ilişkiyi belirler. Bu yöntem hem duran hem dönen düzeneklerde kullanılabilir.

Kuvvet ve moment koluyla tork ölçümü

Uygun bir reaksiyon düzeneğinde, momentin oluşturduğu kuvvet bir kuvvet sensörü veya yük hücresiyle ölçülür. T = F × d bağıntısında d, eksenden kuvvetin etki doğrusuna olan dik uzaklıktır. Örneğin 40 N × 0,25 m = 10 N·m. Kuvvet kol yönüne dik değilse geometrinin etkisi hesaba katılır. Kol ağırlığı, sürtünme ve başka bağlantılardan aktarılan momentler sonucu etkileyebilir.

Bir elektrik motorunun gövde reaksiyonunu ölçerken momentin tamamının sensöre ulaşması gerekir. Gövdeyi ayrıca tutan bir bağlantı, ölçüm yolunu paylaşarak hataya neden olabilir. Dönen mil elle veya anahtarla tutulmaz; test için uygun mekanik düzenek ve koruma kullanılır.

Döner sensör, telemetri ve ölçüm noktası

Döner sensör, tahrik hattında seçilen noktaya yerleştirilir. Sinyal aktarımı modele göre temassız kuplaj, telemetri veya bilezik-fırça ile yapılabilir; her sistem radyo bağlantısı kullanmaz. Redüktör öncesi ve sonrası ölçülen tork farklıdır. Bu nedenle raporda motor mili, redüktör çıkışı veya yük mili açıkça belirtilmelidir.

Mil hizası, kaplin seçimi ve sensöre gelen eksenel/radyal yükler, mekanik sistemdeki etkileri ve ölçüm hatasını artırabilir. Torkla birlikte RPM kaydı, tork–hız ilişkisinin görülmesini sağlar. Devir bilgisi bir enkoder veya uygun hız sensöründen alınabilir; böylece tork eğrisi ölçülen çalışma koşullarıyla birlikte değerlendirilir.

Kalibrasyon, ölçüm aralığı ve hızlı değişimler

Sıfırlama, kalibrasyonun yerine geçmez. Kalibrasyonda gösterge bilinen tork değerleriyle karşılaştırılır; kullanılacak aralık ve yönler dikkate alınır. Varsa şönt kontrolü elektriksel zinciri kontrol etmeye yardımcı olur, fakat mekanik kalibrasyonun tamamını doğrulamaz. Sıcaklık, montaj yükleri ve elektronik ayarlar da sonucu etkiler.

Sensörün aralığı beklenen torku ve ani tork artışlarını karşılamalıdır; buna rağmen çok büyük aralık küçük torkların değerlendirilmesini zorlaştırabilir. Varsayımsal 100 N·m aralıklı bir sistemde hata sınırı ±%0,2 tam skala ise bu ±0,2 N·m demektir. 5 N·m okumada aynı sınır, okumanın %4’üne karşılık gelir. Bu örnek, toplam ölçüm belirsizliği hesabı değildir.

Hızlı tork darbelerinde yalnız ekran yenileme hızı yeterli olmaz. Ölçüm bant genişliği, örnekleme ve filtre ayarları birlikte seçilir. Kuvvetli filtreleme tepeyi küçültebilir; yavaş kayıt kısa olayı kaçırabilir. Sonuçta ortalama tork mu, tepe tork mu raporlandığı belirtilmelidir.

Güçten hesaplanan ve sürücüde görülen tork

Tork ve güç ilişkisinden, aynı mil noktasında ve n > 0 için T (N·m) ≈ 9550 × Pmil (kW) / n (dev/dak) hesaplanabilir. 1,5 kW mil gücü ve 1500 dev/dak yaklaşık 9,55 N·m verir. Etiketteki anma gücü gerçek çalışma gücü olmayabilir; elektriksel giriş gücü de kayıplar nedeniyle mil gücüyle aynı değildir.

Harici mekanik sensör bulunmayan sürücülerde tork bilgisi, modele bağlı olarak elektriksel ölçümler ve motor modelinden tahmin edilir. Bu bilgi tork kontrolünde yararlı olabilir; doğruluğu motor parametrelerine ve çalışma koşullarına bağlıdır. Sensör sinyalini PLC sistemine aktarırken analog giriş türü ve ölçekleme eşleştirilir; ham mV/V sinyal uygun ölçüm yükselteci ister. SCADA kaydında birim, yön, zaman ve filtre bilgisi korunmalıdır.

Teknik kaynaklar: KYOWA — burulma ölçümü · HBK/HBM — sıfır ve şönt kontrolü · Norbar — tork ve bağlantı ön yükü · ABB — motor modeli ve tork kontrolü