Để phát triển chiến lược bảo trì hiệu quả, cần phải hiểu rõ cấu trúc bên trong và nguyên lý làm việc của cảm biến mô-men xoắn. Chỉ bằng cách biết không chỉ những gì nó làm mà còn cả lý do tại sao nó hoạt động thì mới có thể nhắm mục tiêu bảo trì và tránh được những rủi ro tiềm ẩn của hoạt động mù quáng. Cảm biến mô-men xoắn có nhiều loại, nhưng chức năng cốt lõi của chúng vẫn giống nhau: cảm nhận mô-men xoắn trên trục và chuyển nó thành đầu ra tín hiệu điện tiêu chuẩn.
Hiện nay, các loại được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp bao gồm loại máy đo biến dạng, loại đàn hồi từ tính, loại lệch pha (từ giảo) và loại quang học, trong đó loại máy đo biến dạng chiếm ưu thế nhờ công nghệ hoàn thiện, hiệu quả về chi phí-cao và khả năng ứng dụng rộng rãi. Chúng tôi sẽ tập trung vào cảm biến mô-men xoắn đo biến dạng đồng thời xem xét các loại khác, phân tích các yêu cầu cụ thể về đặc điểm cấu trúc của chúng để bảo trì.
Cốt lõi của cảm biến mô-men xoắn máy đo biến dạng nằm ở sự kết hợp giữa thân đàn hồi và máy đo biến dạng. Thân đàn hồi thường được làm bằng-thép hợp kim hoặc thép không gỉ có độ bền cao, được gia công chính xác và xử lý nhiệt-, có đặc tính đàn hồi tuyệt vời và khả năng chống mỏi. Máy đo biến dạng điện trở được liên kết với các vị trí cụ thể trên cơ thể đàn hồi (thường là các khu vực tập trung ứng suất) bằng quy trình liên kết đặc biệt. Khi tác dụng mô-men xoắn lên trục cảm biến, chất đàn hồi sẽ bị biến dạng xoắn nhỏ, làm cho các máy đo biến dạng liên kết với bề mặt của nó bị giãn hoặc nén, dẫn đến thay đổi điện trở.
Các máy đo biến dạng này thường tạo thành mạch cầu Wheatstone, chuyển đổi sự thay đổi điện trở nhỏ thành đầu ra tín hiệu điện áp cấp milivolt. Quá trình này tưởng chừng như đơn giản nhưng thực tế lại đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về tính toàn vẹn của cấu trúc cơ học, độ ổn định của chất kết dính và sự cân bằng của mạch điện. Bất kỳ hư hỏng cơ học nhỏ nào, chất kết dính bị lão hóa hoặc hơi ẩm trong mạch đều có thể phá vỡ sự cân bằng của cầu nối, dẫn đến hiện tượng lệch điểm 0, giảm độ nhạy hoặc thậm chí là méo tín hiệu.
Ngoài bộ cảm biến lõi, cảm biến mô-men xoắn hiện đại còn tích hợp mạch điều hòa tín hiệu, mạng bù nhiệt độ, thiết bị bảo vệ quá tải và cấu trúc vỏ kín. Mạch điều hòa tín hiệu khuếch đại, lọc và chuyển đổi tín hiệu cầu yếu thành đầu ra tương tự tiêu chuẩn (ví dụ: 0-10V, 4-20mA) hoặc đầu ra kỹ thuật số (ví dụ: RS485, CANopen, EtherCAT). Mạng bù nhiệt độ bù đắp cho tác động của sự thay đổi nhiệt độ môi trường lên điện trở của máy đo biến dạng và mô đun đàn hồi, đảm bảo các phép đo nhất quán trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Các thiết bị bảo vệ quá tải (chẳng hạn như khối giới hạn cơ học) được thiết kế để ngăn chặn tình trạng quá tải vô tình gây ra biến dạng dẻo hoặc gãy chất đàn hồi. Cấu trúc phốt vỏ chịu trách nhiệm nặng nề về chống bụi, chống thấm và bảo vệ dầu; xếp hạng IP của nó quyết định trực tiếp khả năng sống sót của cảm biến trong môi trường khắc nghiệt.
Mặc dù nguyên lý của cảm biến từ tính đàn hồi hoặc cảm biến lệch pha khác nhau nhưng logic bảo trì của chúng là tương tự nhau. Các cảm biến này sử dụng đặc tính là độ thấm của vật liệu sắt từ thay đổi dưới tác dụng của lực hoặc đo mô-men xoắn bằng cách phát hiện độ lệch pha nhỏ giữa trục đầu vào và trục đầu ra. Chúng thường không yêu cầu vòng trượt hoặc tiếp xúc với bộ thu dòng, đạt được khả năng truyền tín hiệu không-tiếp xúc, do đó có ưu điểm vốn có về khả năng chống mài mòn và vận hành-không cần bảo trì.
Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là họ hoàn toàn có thể bỏ qua việc bảo trì. Độ ổn định của mạch từ, hiệu suất cách điện của cuộn dây, độ sạch của khe hở không khí và khả năng tản nhiệt của bộ phận điện tử cũng là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tin cậy lâu dài của chúng. Cảm biến quang dựa vào sự biến dạng của cách tử hoặc sợi quang để cảm nhận mô-men xoắn và cực kỳ nhạy cảm với bụi, dầu và căn chỉnh đường quang; do đó, việc làm sạch và bảo vệ là đặc biệt quan trọng.