Embora os sensores de torque estejam disponíveis em vários modelos, todos eles têm algumas coisas em comum. Para entender como os transdutores de torque funcionam, vamos dar uma olhada no design dos sensores.
Como um transdutor de torque realmente funciona?
Uma breve viagem pela tecnologia de strain gauge
Como muitos outros tipos de sensores, os transdutores de torque usam a tecnologia de strain gauge para medição. O sensor consiste em um corpo de medição, geralmente de metal, no qual os strain gauges (SG) são montados. Eles consistem em uma folha fina e um condutor elétrico firmemente conectado à folha. À medida que a folha - e, portanto, o condutor - muda de forma, a resistência elétrica também muda. Isso revela quanta carga está atuando atualmente no SG.
Se uma carga externa atua no sensor, o strain gauge se deforma, assim como o elemento da mola - e a medição pode começar. Isso se aplica não apenas aos transdutores de torque, mas também a células de carga, sensores de força e outros tipos de sensores. No entanto, os sensores de torque têm alguns recursos especiais.
Dois projetos típicos de sensores de torque
Ao contrário das células de carga ou dos transdutores de força, o corpo de medição de um transdutor de torque não está sujeito a tensão ou compressão quando em uso, mas à torção. O sensor não é exposto a uma força atuando de uma ou duas direções opostas, mas sim a uma força de alavanca ou torque. Portanto, os sensores de torque também são equipados com strain gauges especiais que podem registrar muito bem esse tipo de carga, ou seja, torção. Dois projetos típicos de transdutores de torque são o eixo de medição e o flange de medição.
Eixo de medição de torque
O eixo de medição consiste em um eixo, que também pode ser oco. Os SGs são montados aqui - às vezes em uma seção cônica no meio, por exemplo, dependendo da versão. O eixo é fechado por uma caixa. O eixo, ou rotor, se move enquanto a carcaça, ou estator, está fixo. Ambas as peças são interconectadas por rolamentos de baixa fricção e folga zero. O transdutor pode ser incorporado em uma estrutura ou bancada de teste por meio de grampos do tipo cubo em ambas as extremidades do eixo. Eles estão disponíveis em várias formas e tamanhos.
Flange de medição de torque
As flanges de medição basicamente tem uma estrutura semelhante aos eixos de medição, mas parecem completamente diferentes. Eles também consistem em um eixo principalmente oco, embora seja extremamente curto. Os flanges estão situados em ambas as extremidades do eixo. Isso permite que o transdutor seja integrado a uma estrutura ou bancada de teste por meio de uma conexão roscada. Os flanges de medição também consistem em um rotor e estator. No entanto, ao contrário dos eixos de medição, o rotor não está totalmente fechado na carcaça. Portanto, nenhum conjunto de rolamentos é necessário porque o rotor está instalado com segurança na seção de medição.
Transmissão de dados medidos sem contato
É aqui que vemos a maior diferença entre transdutores de torque rotativos e outros sensores, como transdutores de força ou células de carga. Em transdutores rotativos, cabos que fornecem energia e transferem dados de medição não podem ser usados porque os cabos ficam emaranhados à medida que o rotor gira. Para evitar isso, a energia é transferida do estator para o rotor giratório usando uma conexão sem contato, que por sua vez fornece a ponte de medição SG montada. Em troca, o rotor giratório transfere os dados medidos para o estator via telemetria.
Os eletrônicos estão alojados no corpo de medição. Aqui, o sinal da ponte de medição SG é amplificado, filtrado e digitalizado antes de ser transferido sem fio para o estator. Os dados podem ser enviados por meio de um sinal de frequência ou tensão ou digitalmente por meio de um fieldbus, por exemplo, com EtherCAT ou Profinet, dependendo da aplicação.
Medição de torque rotativo ou não rotativo
O transdutor nem sempre gira ao medir o torque. Exemplos típicos de configurações não rotativas são máquinas de teste padrão e medições em misturadores. Neste último, o transdutor é suportado pela carcaça do motor elétrico e o eixo de acionamento passa por um orifício central no sensor.
Na maioria das aplicações, o sensor faz parte do trem de força rotativo entre a amostra de teste e o dinamômetro. A amostra pode ser um motor de combustão interna, uma caixa de câmbio ou um motor elétrico, por exemplo.
Medição de torque estático e dinâmico
O torque pode ser medido estática ou dinamicamente. Um exemplo de medição dinâmica pode ser o torque pulsante gerado quando os elementos rotativos são continuamente acelerados e depois desacelerados (ou “travados”), ou através do curso de potência de um motor de combustão interna. Além disso, o torque dinâmico também pode ocorrer completamente sem rotação. No entanto, na maioria das aplicações - como bancadas de teste de motor (motor de combustão interna ou motor elétrico) - o torque dinâmico ocorre em conexão com a rotação.
Mais do que apenas torque
Os sensores de torque podem fazer mais. Além do torque, outras variáveis medidas podem ser registradas com apenas um sensor. Isso é opcional, mas muitos transdutores de torque já vem com essa capacidade. O parâmetro mais óbvio é a velocidade de rotação, que pode ser medida transmitindo luz através de um disco ranhurado no rotor. À medida que o sensor gira, o feixe de luz é interrompido em determinados intervalos. Quando a janela de tempo é constante, a velocidade de rotação é calculada simplesmente contando os pulsos.
Uma característica importante de interesse para muitos usuários é a potência, que pode ser calculada multiplicando o torque pela velocidade de rotação.
Além disso, muitos transdutores de torque tem um sensor de temperatura embutido, que pode nos dizer quanto o sensor ou a transmissão está esquentando, por exemplo.
Aplicações típicas para transdutores de torque
Os transdutores de torque são ideais para todos os tipos de testes de motor, motor e acionamento no campo da pesquisa e desenvolvimento. A medição precisa de torque é indispensável quando você deseja melhorar a eficiência de novos acionamentos, pois permite que as perdas por atrito sejam determinadas e minimizadas. Em motores elétricos e híbridos, o que importa é o alcance e a melhoria da eficiência; em motores híbridos e de combustão interna, a chave é sempre a compatibilidade ambiental por meio das menores emissões de CO2 possíveis.
Além disso, os sensores de torque são usados em testes de fim de linha em transmissões e motores ou em testes de função em interruptores rotativos. No entanto, algumas aplicações parecem totalmente diferentes - como quando líquidos são misturados e o processo requer monitoramento por um transdutor de torque. Ou quando sensores de torque são instalados no trem de força de um navio. Esses transdutores também são usados como transdutores de referência em máquinas de teste padrão.
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