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Par pequeño: un ingrediente esencial para desarrollar la próxima generación de sistemas de ingeniería

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La creciente demanda de máquinas miniatura y micro máquinas de alta velocidad ha llevado a Sensor Technology Ltd a desarrollar un monitor de par que puede medir con precisión hasta 10mNm

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Esta capacidad se combina con un ancho de banda de 50 kHz para poder registrar con precisión incluso los pares transitorios más fugaces.

El diseño de ingeniería presenta una serie de tendencias a largo plazo, como el deseo de contar con sistemas cada vez más compactos, mediciones más precisas y una resolución de datos más fina, pantallas de información cada vez más sofisticadas y velocidades de funcionamiento más elevadas. Si se observa un periodo de, por ejemplo, dos o tres décadas, estas tendencias son muy evidentes en muchísimos campos, desde productos de consumo hasta equipos médicos, pasando por maquinaria de producción o soluciones de transporte.

Estos avances están impulsados por la demanda de los usuarios, pero son posibles gracias a las tecnologías emergentes, como la electrónica y la informática. Mark Ingham, del fabricante de sensores especializados Sensor Technology Ltd, lo explica así: "La mayoría de los usuarios de nuestros equipos trabajan en la vanguardia de la tecnología, desarrollando nuevas soluciones para proyectos prácticos de ingeniería o científicos. Así que es de esperar que quieran impulsar nuestros productos hacia un rendimiento cada vez mayor".

"Afortunadamente, podemos hacerlo, ya que la electrónica y las tecnologías de visualización integradas en ellos mejoran constantemente"

La empresa ha combinado el aumento de la velocidad de procesamiento de datos electrónicos y lo último en sistemas de visualización con nuevas técnicas de detección desarrolladas internamente para producir una nueva generación de sensores ópticos de par rotatorio diseñados para aplicaciones en las que se requiere una medición precisa y dinámica del par rotatorio y estático en el rango de 10mNm a 100Nm, con una alta resolución que permite registrar incluso picos y valles de par ultracortos

Las aplicaciones típicas incluyen el perfil de aceleración y desaceleración de motores de alta velocidad, el control de microsistemas y maquinaria en miniatura, la recopilación de datos de experimentos científicos repetitivos y las pruebas de destrucción de maquinaria industrial.

Principio de funcionamiento

La tecnología del sensor óptico de par ORT230/240 de Sensor Technology se basa en un principio de medición ampliamente probado y desarrollado por el que dos discos con rejillas segmentadas se colocan en un eje de transmisión giratorio a poca distancia entre sí, de modo que los sectores opacos de un disco ocultan parcialmente los sectores claros del otro. La luz atraviesa los sectores y es detectada por detectores fotovoltaicos

Cuando se aplica un par de torsión al eje, se produce un ligero giro que modifica la alineación de las rejillas y, por tanto, varía la luz que se transmite a un detector. El uso de esta técnica da lugar a un transductor capaz de detectar el par de torsión bidireccionalmente, y que tiene una respuesta mecánica y eléctrica rápida, una baja inercia y una total ausencia de escobillas o electrónica compleja.

La intensidad de los haces de luz, que se controla constantemente, se modula en función del par aplicado y produce una salida eléctrica que se utiliza para proporcionar una indicación precisa del par transmitido por el eje. La intensidad de la luz se controla automáticamente dentro del cuerpo del transductor mediante una célula de control

Se puede conseguir una sensibilidad a escala completa muy alta con respuestas eléctricas rápidas de hasta 50 kHz y una baja inercia. Como la medición es sin contacto, también está totalmente libre de escobillas y complejos componentes electrónicos en el eje, que suelen encontrarse en los sistemas tradicionales de medición de par

La ausencia de engranajes de escobillas y de electrónica fija permite un funcionamiento a alta velocidad con un índice continuo de hasta 30.000 rpm estándar. Hay disponibles más aumentos de velocidad en función del tamaño del eje. El eje de par es de baja conformidad 0,5° de deflexión máxima en los transductores más pequeños y 0,25° máxima en los transductores más grandes en la deflexión a escala completa. Se puede especificar cualquier par a escala completa dentro del rango de 10mNm a 100Nm. El funcionamiento sin contacto asegura una vida larga y fiable de funcionamiento preciso (que Sensor Technology garantiza con una garantía de por vida). El principio de funcionamiento óptico también significa que hay una total inmunidad a la corrupción del ruido.

Los sensores de la serie TorqSense ORT 230 proporcionan salidas analógicas fijas de tensión o corriente, una para el par y otra para la velocidad o la potencia. El TorqSense ORT 240 proporciona dos salidas analógicas de tensión o corriente seleccionables por el usuario - una para el par y la otra para la velocidad, la potencia o el par máximo - además de salidas digitales que incluyen RS232, CANbus y USB para la interconexión con instrumentación moderna y ordenadores portátiles. El ORT 240 permite a los usuarios conectar hasta 10 transductores a través de USB y un software de configuración de transductores para realizar cambios en las variables del transductor.

Las características de ambos dispositivos incluyen un autodiagnóstico que informa de si se han superado los valores nominales de par y velocidad del transductor o la fecha de calibración, mientras que los sensores incorporados controlan la temperatura del eje para mejorar la compensación y la precisión. El dispositivo también ofrece una sencilla salida de "estado del sensor".

Como complemento a estos productos, el software TorqView de Sensor Technology ofrece un paquete de monitorización de par avanzado y fácil de usar para PC con Windows que ayuda a visualizar y registrar los datos. Ofrece gráficos en tiempo real y es compatible con Matlab y Excel. Además, se dispone de VIs de LabVIEW para que los usuarios diseñen sus propias aplicaciones de control de procesos, y de DLLs para los usuarios que deseen escribir su propio software personalizado.

Estos últimos sensores ópticos de par rotativo son una importante ampliación de la gama de monitorización de par de Sensor Technology, y ofrecen una solución alternativa cuando los requisitos de par bajo o de ancho de banda impiden el uso de los productos TorqSense basados en SAW, más rentables.