Nuevo sensor de torque revolucionarà el control de máquinas

El lanzamiento de la serie RWT310/320 de sensores de torque rotativo TorqSense, desarrollada por Sensor Technology Ltd, en la Exhibición MTEC de Birmingham y la Feria de Hannover en Alemania significó la presentación a los diseñadores de maquinaria de una nueva e importante tecnología para medir potencia en ejes impulsores y otros elementos rotativos de máquinas.

A diferencia de los transductores de anillos rozantes tradicionales, las unidades RWT hacen uso de una sencilla técnica de medición sin contacto mediante un par de radiofrecuencia (RF) para comunicaciones de potencia y de señales. Esto significa que las unidades son mecánicamente simples y, como tales, redefinen completamente las expectativas de los constructores e ingenieros de control de máquinas, quienes hasta ahora debían invertir tiempo y recursos considerables para obtener las lecturas de torque esenciales para la exactitud del monitoreo del control y la producción de las mismas.

Estas unidades ofrecen un sistema electrónico integral con salidas de torque, velocidad, potencia y ángulo. La unidad RWT310 proporciona salidas analógicas y la RWT320 salidas analógicas y digitales, que son directamente compatibles con las interfaces de PC, tales como la serial y USB, siendo asimismo programables por el usuario en relación con los niveles de señal. Otras características novedosas son el muestreo de torque pico, el almacenamiento y el cálculo de promedio del torque incorporados, así como un paquete de pruebas de autodiagnóstico. Tanto la unidad RWT310 como la RWT320 pueden operar con una amplia gama de tensiones de alimentación.

Para lograr la operación sin contacto que constituye la exclusividad de la gama de transductores TorqSense, se usan dispositivos SAW (de ondas acústicas superficiales) como extensímetros dependientes de la frecuencia, para medir el cambio de la frecuencia de resonancia causado por el esfuerzo experimentado en el eje impulsor. Esta medición está relacionada directamente con el torque experimentado en el elemento rotativo de la máquina.

Los dispositivos SAW en uso están montados en el eje y sus señales de salida se transmiten, a través de un par de radiofrecuencia (RF) de baja potencia, a un captor adyacente, que interpreta las señales y las convierte en una lectura de medición de torque o las envía a una PC para cálculos ulteriores.

En un sensor SAW, las ondas superficiales se producen haciendo pasar una tensión alterna a través de los terminales de dos arreglos entrelazados con forma de peine, dispuestos en un extremo de un sustrato piezoeléctrico. Un arreglo receptor en el otro extremo del transductor convierte la onda en una señal eléctrica.

La onda de frecuencia depende de la separación de los dientes del arreglo y la dirección de propagación de la onda es en ángulo recto con respecto a los dientes. Por lo tanto, cualquier cambio en su longitud, causado por las fuerzas dinámicas de la rotación del eje, altera la separación de los dientes y por lo tanto la frecuencia de operación. La tracción en el transductor reduce la frecuencia de operación, mientras que la compresión la aumenta.

Para medir el torque en un eje rotativo, se colocan dos sensores SAW en el eje, a 45 grados con respecto al eje de rotación. Cuando el eje se somete a un torque, se produce una señal que se transmite al captor estacionario adyacente por medio del par capacitivo de RF que comprende dos discos, uno de los cuales gira con el eje y el otro está estático.

La frecuencia de la oscilación usada es típicamente 200 MHz.

El concepto basado en la frecuencia de TorqSense brinda un gran ancho de banda y elimina la susceptibilidad a la interferencia electrónica que es común en otras técnicas analógicas tales como los dispositivos inductivos.

‘TorqSense’ con el concepto SAW fue desarrollado, convertido en marca de fábrica y patentado por los mellizos Anthony y Bryan Lonsdale, directores fundadores de Sensor Technology. Esta compañía dispone de una gama de transductores basados en la tecnología SAW desde hace cinco años, pero tales transductores se fabricaban virtualmente a mano y tenían la electrónica de control alojada separadamente del cabezal captor.

“Nuestros primeros modelos estaban diseñados para ser robustos y sencillos, tanto para el uso como para la fabricación”, comenta Bryan. “Esto era esencial para hacerlo atractivo para los usuarios de una amplia gama de industrias, que nos hacían la cortesía de probar esta tecnología nuestra radicalmente nueva, pero que podrían haberse desalentado si hubieran tenido que manejar equipos delicados o complejos”.

“Con el concepto ahora probado en el mundo real de las máquinas fabriles, las plantas de proceso y los laboratorios comerciales, avanzamos para desarrollar la serie RWT310/320, en la que hemos integrado la electrónica y el captor en una misma unidad, totalmente diseñada para la producción en serie”.

La serie RWT310/320 TorqSense estará disponible con deflexiones a plena escala de 1 a 20 Nm y será seguida por otros tamaños con hasta 10.000 Nm a plena escala.