T40B Com Sistema de Medição de Velocidade de Rotação e Pulso de Referência

Existem no mercado inúmeros sistemas incrementais de medição rotação. No entanto, estes sistemas destinam-se exclusivamente à medição de rotação. Combinar as medições de torque e rotação em um único flange impõe requisitos especiais na medição de velocidade de rotação. Combinar a medição da velocidade de rotação e do torque em um único flange de medição introduz demandas especiais na medição da velocidade de rotação:

  • As características mecânicas e dos flanges de medição e o campo de aplicação não devem ser afetados pelo sistema de medição de velocidade.
  • É necessário um sistema de alta resolução que ainda assim permita grandes movimentos relativos entre rotor e estator.
  • O sistema de medição de velocidade de rotação integrado, não pode gerar interferência no sinal de transmissão dos torques nominal ou limite.

Esta integração facilita muito o manuseio. Não há necessidade de utilizar a outra ponta do eixo (do motor, ou freio) para a medição de rotação deixando-a livre para outros usos, por exemplo, outro flange de torque.

Fig. 1: Transdutor de torque T40B com o sistema de medição da velocidade de rotação e do pulso de referência

Implementação de um Sistema de Medição da Velocidade de Rotação

O anel plástico com condutor metal magnético é montado de forma totalmente integrada ao segundo flange do transdutor de torque. Isso economiza espaço e facilita significativamente a instalação.

O sistema é baseado na detecção sem contato da roda com pulsos magnéticos usando um sensor magnetorresistivo anisotrópico (AMR). Quando o sensor utilizado é submetido a um campo magnético, seu valor de resistência muda dependendo do ângulo de magnetização e do vetor direção do resistor. O campo magnético é modulado pelo movimento relativo entre o material medido e o sensor. O campo magnético é sentido na direção radial. Isso garante um sinal forte e estável. O vão livre máximo entre a roda e o sensor é de 2,5 mm.

Isso torna o sistema de medição extremamente insensível ao movimento relativo entre rotor e estator resultante da vibração no banco de teste.

Fig. 2: Digitalização com sensor AMR

Geração de Pulso por um Encoder Bidirecional

O encoder incremental magnético gera pulsos quando o trem de acionamento gira. O número de pulsos por revolução corresponde à velocidade ou à posição angulares. O sistema a disposição é um encoder bidirecional, isto é, o sensor AMR utilizado inclui duas pontes completas para aquisição de sinal. As duas pontes são dispostas de maneira deslocadas uma em relação à outra por um quarto de um período. Os sinais de seno e cosseno gerados são digitalizados no dispositivo eletrônico de saída. Os sinais de seno e cosseno periódicos são adicionalmente subdivididos por interpolação, aumentando, dessa forma, a resolução básica por meio eletrônico. Isso reduz o erro de quantização e o cálculo do valor da velocidade da rotação real do eixo confere resultados mais precisos.

Fig. 3: Sinais de onda quadrada A/B

Sinais de Saída

Dois sinais de onda quadrada eletricamente defasados em 90 graus estão disponíveis como sinais de saída.O segundo sinal (sinal B) permite que a direção do movimento (direita – esquerda) seja decodificada.

Com rotação no sentido horário, isto é, para a direita, o sinal B está adiantado uma fase do sinal A. Com uma borda ascendente do sinal B e o sinal A em ‘nível baixo’, corresponde à lógica “0”. Com rotação no sentido anti-horário, isto é, para a esquerda, o sinal A está adiantado uma fase do sinal B. Com uma borda ascendente do sinal A e o sinal B em ‘nível alto’, corresponde à lógica "1".

O par de sinais defasados A e B também é chamado de sinal em quadratura, uma vez que permite adicionalmente aumentar a resolução. Agora, os sinais A e B geram um pulso por par de polos. A resolução pode ser aumentada, por exemplo, com cada borda (subida e descida) dos sinais A e B que gera um pulso. Isso é chamado de avaliação quádrupla. Isso significa que para o sistema de medição de rotação do T40B e T40FM a resolução de 1024 pulsos por revolução pode ser aumentado para 4096 pulsos por revolução.

A transmissão incremental do sistema de medição da velocidade de rotação para o regulador de acionamento tem a vantagem de que são necessários apenas dois sinais para transmitir informações sobre a direção do movimento, a velocidade e a posição relativa.A desvantagem: A posição absoluta não é mais conhecida depois de uma falha de energia porque o sistema de medição da velocidade de rotação mede apenas a alteração em relação à posição inicial. No entanto, em sistemas de posicionamento, é essencial conhecer a posição absoluta. Por esse motivo, um “ciclo de referência” é realizado com a energia ligada. Isso requer um pulso de referência (índice 0). 

Fig. 4: Sinais de Onda Quadrada A / B e o sinal de referência (índice 0)

Sinal de Referência

A figura 4 mostra o terceiro sinal, o sinal de referência (índice 0). Este sinal é gerado por um sensor separado que percebe o campo magnético correspondente na direção axial. Ele é sincronizado com a borda ascendente do sinal A. Depois que a energia é ligada, o sistema de medição da velocidade de rotação precisa ser girado até que o pulso de referência tenha sido detectado. O valor absoluto do ângulo é disponibilizado depois de pelo menos uma revolução. Essa terceira faixa gera um pulso por revolução completa. Determinando a posição ou o posicionamento do rotor, a precisão demanda alta resolução angular. Com a avaliação quádrupla do sinal de quadratura, o sistema oferece uma precisão angular de 212 passos.

Os estágios de saída foram implementados como um sinal complementar simétrico de 5 V (TTL)-RS422. A transmissão do sinal diferencial tem a vantagem de os campos de interferência indesejados afetarem todos os sinais no mesmo nivel e, dessa forma, não alteram a diferença de sinal. A transmissão de sinal digital é, portanto, altamente imune à interferência e a solução ideal para longos comprimentos de cabo para uso em áreas sujeitas aos campos eletromagnéticos.

Transdutores de torque da HBM

T40B

T40FM

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Vantagens

  • Alta resolução: 1024 pulsos/revolução
  • Precisão angular de até 212 passos
  • Sensor integrado otimizado para campos magnéticos
  • Alta qualidade de sinal e relação sinal-ruído
  • Sem necessidade de nenhum ajuste adicional entre a roda de pulso e o sensor
  • Air gap de até 2,5 mm entre a roda de pulso e o sensor
  • Protegido contra influências ambientais.
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