Για να αναπτυχθεί μια αποτελεσματική στρατηγική συντήρησης, είναι απαραίτητη η πλήρης κατανόηση της εσωτερικής δομής και της αρχής λειτουργίας των αισθητήρων ροπής. Μόνο γνωρίζοντας όχι μόνο τι κάνει αλλά και γιατί λειτουργεί, μπορεί να στοχευτεί η συντήρηση και να αποφευχθούν οι πιθανοί κίνδυνοι της τυφλής λειτουργίας. Οι αισθητήρες ροπής διατίθενται σε πολλούς τύπους, αλλά η βασική τους λειτουργία παραμένει η ίδια: ανιχνεύουν τη στρεπτική ροπή σε έναν άξονα και τη μετατρέπουν σε τυπική έξοδο ηλεκτρικού σήματος.
Επί του παρόντος, οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι τύποι στη βιομηχανία περιλαμβάνουν τον τύπο μετρητή καταπόνησης, τον μαγνητοελαστικό τύπο, τον τύπο διαφοράς φάσης (μαγνητοσυσταλτικό) και τον οπτικό τύπο, μεταξύ των οποίων κυριαρχεί ο τύπος μετρητή τάσης λόγω της ώριμης τεχνολογίας, της υψηλού κόστους-αποτελεσματικότητας και της ευρείας εφαρμογής. Θα επικεντρωθούμε στους αισθητήρες ροπής μετρητή τάσης, ενώ θα εξετάσουμε και άλλους τύπους, αναλύοντας τις ειδικές απαιτήσεις των δομικών χαρακτηριστικών τους για συντήρηση.
Ο πυρήνας ενός αισθητήρα ροπής μετρητή τάσης βρίσκεται στον συνδυασμό ενός ελαστικού σώματος και ενός μετρητή τάσης. Το ελαστικό σώμα είναι συνήθως κατασκευασμένο από-κράμα χάλυβα υψηλής αντοχής ή ανοξείδωτο χάλυβα, επεξεργασμένο με ακρίβεια και θερμική επεξεργασία-, με εξαιρετικές ελαστικές ιδιότητες και αντοχή στην κόπωση. Ένας μετρητής τάσης αντίστασης συνδέεται σε συγκεκριμένες θέσεις στο ελαστικό σώμα (συνήθως περιοχές συγκέντρωσης τάσεων) χρησιμοποιώντας μια ειδική διαδικασία συγκόλλησης. Όταν εφαρμόζεται ροπή στον άξονα του αισθητήρα, το ελαστομερές υφίσταται ελάχιστη στρεπτική παραμόρφωση, προκαλώντας την τάνυση ή τη συμπίεση των μετρητών καταπόνησης που είναι συνδεδεμένα στην επιφάνειά του, με αποτέλεσμα μια αλλαγή στην αντίσταση.
Αυτοί οι μετρητές καταπόνησης συνήθως σχηματίζουν ένα κύκλωμα γέφυρας Wheatstone, μετατρέποντας τη μικρή αλλαγή αντίστασης σε μια έξοδο σήματος τάσης επιπέδου millivolt-. Αυτή η διαδικασία, φαινομενικά απλή, θέτει στην πραγματικότητα εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για την ακεραιότητα της μηχανικής δομής, τη σταθερότητα της κόλλας και την ισορροπία του κυκλώματος. Οποιαδήποτε μικρή μηχανική βλάβη, γήρανση κόλλας ή υγρασία στο κύκλωμα μπορεί να διαταράξει την ισορροπία της γέφυρας, οδηγώντας σε μηδενική-μετατόπιση σημείου, μειωμένη ευαισθησία ή ακόμα και παραμόρφωση σήματος.
Εκτός από τη μονάδα ανίχνευσης πυρήνα, οι σύγχρονοι αισθητήρες ροπής ενσωματώνουν επίσης κύκλωμα ρύθμισης σήματος, δίκτυο αντιστάθμισης θερμοκρασίας, συσκευές προστασίας υπερφόρτωσης και σφραγισμένη δομή περιβλήματος. Το κύκλωμα ρύθμισης σήματος ενισχύει, φιλτράρει και μετατρέπει το αδύναμο σήμα γέφυρας σε τυπική αναλογική (π.χ. 0-10V, 4-20mA) ή ψηφιακή (π.χ. RS485, CANopen, EtherCAT) έξοδο. Το δίκτυο αντιστάθμισης θερμοκρασίας αντισταθμίζει τις επιδράσεις των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας περιβάλλοντος στην αντίσταση του μετρητή καταπόνησης και στο μέτρο ελαστομερούς, εξασφαλίζοντας συνεπείς μετρήσεις κάτω από διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας. Οι συσκευές προστασίας από υπερφόρτωση (όπως τα μηχανικά τεμάχια ορίου) έχουν σχεδιαστεί για να αποτρέπουν την τυχαία υπερφόρτωση από την πρόκληση πλαστικής παραμόρφωσης ή θραύσης του ελαστομερούς. Η δομή στεγανοποίησης του περιβλήματος φέρει τη βαριά ευθύνη της στεγανοποίησης από τη σκόνη, της στεγανοποίησης και της προστασίας λαδιού. Η βαθμολογία IP του καθορίζει άμεσα τη δυνατότητα επιβίωσης του αισθητήρα σε σκληρά περιβάλλοντα.
Ενώ οι αρχές των μαγνητοελαστικών αισθητήρων ή των αισθητήρων διαφοράς φάσης διαφέρουν, η λογική συντήρησής τους είναι παρόμοια. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν την ιδιότητα ότι η διαπερατότητα των σιδηρομαγνητικών υλικών αλλάζει υπό τη δύναμη ή μετρούν τη ροπή ανιχνεύοντας μια μικρή διαφορά φάσης μεταξύ των αξόνων εισόδου και εξόδου. Συνήθως δεν απαιτούν δακτυλίους ολίσθησης ή συλλέκτες ρεύματος επαφής, επιτυγχάνοντας μετάδοση σήματος χωρίς επαφή, με αποτέλεσμα να διαθέτουν εγγενή πλεονεκτήματα όσον αφορά την αντοχή στη φθορά και τη λειτουργία χωρίς συντήρηση-.
Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι μπορούν να αγνοήσουν εντελώς τη συντήρηση. Η σταθερότητα του μαγνητικού κυκλώματος, η απόδοση μόνωσης του πηνίου, η καθαρότητα του διακένου αέρα και η απαγωγή θερμότητας της ηλεκτρονικής μονάδας είναι επίσης βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη μακροπρόθεσμη- αξιοπιστία τους. Οι οπτικοί αισθητήρες βασίζονται στην παραμόρφωση των σχαρών ή των οπτικών ινών για να ανιχνεύσουν τη ροπή και είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι στη σκόνη, το λάδι και την ευθυγράμμιση της οπτικής διαδρομής. Ως εκ τούτου, ο καθαρισμός και η προστασία είναι ιδιαίτερα σημαντικές.