T40B con Sistema di Misura della Velocità di Rotazione ed Impulso di Riferimento

Sul mercato sono disponibili innumerevoli sistemi incrementali di misura della velocità di rotazione. Tuttavia questi sistemi sono intesi unicamente per la pura rilevazione della velocità di rotazione. La combinazione della misurazione della velocità di rotazione e della coppia in un'unica flangia di misura pone esigenze molto particolari nella rilevazione della velocità di rotazione:

  • Le caratteristiche meccaniche e quelle specifiche per l'applicazione del torsiometro non devono essere compromesse dal sistema di misura della velocità.
  • Ciò che serve è un sistema ad alta risoluzione che consenta contemporaneamente un ampio movimento relativo fra il rotore e lo statore.
  • L'integrazione del sistema di misura della velocità di rotazione non deve interferire con la trasmissione della coppia nominale e neanche limitarla.

L'integrazione nel trasduttore ne facilita grandemente la gestione. Non occorre più la seconda estremità dell'albero per il sistema di rilevazione della velocità che, se necessario, resta così disponibile per alti compiti, p.es. per un torsiometro a flangia addizionale.

Fig. 1: Torsiometro T40B con sistema di misura della velocità di rotazione ed impulso di riferimento

Implementazione del Sistema di Misura della Velocità di Rotazione

Il supporto metallico dell'anello di plastica magnetica è montato sulla seconda flangia libera del trasduttore ed è quindi completamente incorporato. Ciò consente di risparmiare spazio e facilita notevolmente l'installazione.

Il sistema si basa sulla rilevazione senza contatto degli impulsi di una ruota fonica magnetica utilizzando un sensore magnetoresistivo anisotropo (AMR). Quando il sensore è soggetto ad un campo magnetico il valore della sua resistenza cambia in funzione dell'angolo di magnetizzazione e della direzione del vettore del resistore. Il campo magnetico viene modulato dal movimento relativo fra la dimensione del materiale ed il sensore. Il campo magnetico viene rilevato nella direzione radiale. Questo garantisce un segnale forte e stabile. Il massimo traferro fra la ruota fonica ed il sensore è di 2,5 mm.

Ciò rende il sistema di misura estremamente insensibile al movimento relativo fra rotore e statore, eventualmente causato dalle vibrazioni del banco prova.

Fig. 2: Digitalizzazione con sensore AMR

Generazione degli Impulsi con un Encoder Bidirezionale

Quando viene messo in rotazione, l'encoder incrementale magnetico genera gli impulsi. Il numero di impulsi per giro corrisponde alla velocità od alla posizione. Il sistema disponibile è un encoder bidirezionale, cioè il sensore AMR usato dispone di due ponti interi per l'acquisizione del segnale. I due ponti sono disposti in posizione sfalsata di un quarto di periodo l'uno dall'altro. I segnali sinusoidali e cosinusoidali generati vengono digitalizzati nell'elettronica a valle. I segnali sinusoidali e cosinusidali periodici vengono ulteriormente suddivisi mediante interpolazione, incrementando così la risoluzione di base per via elettronica. Ciò riduce l'errore di quantizzazione e di calcolo della velocità di rotazione corrente dell'albero, fornendo risultati molto più precisi.

Fig. 3: Segnali ad onda quadra A/B

Segnali di uscita

Quali uscite sono disponibili due segnali rettangolari sfasati elettricamente di 90 gradi. Il secondo segnale (segnale B) consente di decodificare la direzione del movimento (destroso - sinistroso).

Con rotazione in senso orario, cioè destrosa, il segnale B precede di una fase il segnale A. Con fianco ascendente del segnale B, il segnale A si trova a 'low level' (basso livello). Ciò corrisponde allo "0" logico. Con rotazione in senso antiorario, cioè sinistrosa, il segnale A precede di una fase il segnale B. Con fianco ascendente del segnale A, il segnale B si trova ad 'high level' (alto livello). Ciò corrisponde allo "1" logico.

La coppia di segnali sfasati A e B è chiamata anche segnale di quadratura, poiché esso consente di aumentare ulteriormente la risoluzione. I segnali A e B generano ora un impulso per coppia di poli. La risoluzione può essere aumentata, ad esempio, ad ogni fianco dei segnali A e B innescando un impulso. Questo si chiama valutazione quadrupla. Ciò significa che la risoluzione di 1024 impulsi per giro del sistema di misura della velocità dei torsiometri T40B e T40FM può esser aumentata a 4096 impulsi per giro.

La trasmissione incrementale dal sistema di misura della velocità al controllore dell'unità ha il vantaggio che occorrono solo due segnali per trasmettere le informazioni sulla direzione del movimento, la velocità e la posizione relativa.

Lo svantaggio: la posizione assoluta viene persa nel caso di caduta della tensione di rete, poiché il sistema di misura della velocità rileva soltanto la variazione rispetto alla posizione iniziale. Coi sistemi di posizionamento è tuttavia essenziale conoscere la posizione assoluta. Per tale ragione, all'accensione viene effettuato un cosiddetto "reference run" (giro di riferimento). Ciò richiede un impulso di riferimento (Indice 0).

Fig. 4: Segnali ad onda quadra A/B e segnale di riferimento (Indice 0)

Segnale di riferimento

La Fig. 4 mostra il terzo segnale, il segnale di riferimento (Indice 0). Questo segnale è generato da un sensore separato che rileva il corrispondente campo magnetico in direzione assiale. Esso è sincronizzato col fianco ascendente del segnale A. Dopo l'accensione si deve ruotare il sistema di misura della velocità di rotazione finché viene rilevato l'impulso di riferimento. Il valore assoluto dell'angolo risulta disponibile dopo almeno un giro. Questo terzo rilievo genera un impulso per ogni giro completo. La determinazione della posizione del rotore o della precisione di posizionamento richiede un'elevata risoluzione angolare. Con la valutazione quadrupla del segnale di quadratura, il sistema fornisce la precisione angolare di 212 gradini.

Gli stadi di uscita sono stati implementati come segnale complementare simmetrico di 5 V (TTL)-RS422. La trasmissione di segnali differenziali offre il vantaggio che i campi di interferenza indesiderati influenzano con la medesima entità tutti i segnali, per cui non cambia la differenza dei segnali. La trasmissione digitale dei segnali è pertanto altamente immune dalle interferenze e risulta la soluzione ideale per lunghi cavi di collegamento o per l'impiego in aree soggette a campi elettromagnetici.

Torsiometri a flangia della HBM

T40B

T40FM

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Vantaggi

  • Alta precisione: 1024 impulsi / giro
  • Precisione angolare fino a 212 gradini
  • Sensore integrato ottimizzato per i campi magnetici
  • Alta qualità del segnale ed elevato rapporto segnale / disturbo
  • Non richiesta alcuna regolazione addizionale fra la ruota fonica ed il sensore
  • Traferro fino a 2,5 mm fra la ruota fonica ed il sensore
  • Protetto contro le influenze ambientali
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