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Piccola coppia - un ingrediente essenziale per lo sviluppo della prossima generazione di sistemi di ingegneria

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La crescente domanda di macchine in miniatura e micro macchine ad alta velocità ha spinto Sensor Technology Ltd a sviluppare un monitor di coppia che può misurare con precisione fino a 10mNm

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Questa capacità è combinata con una larghezza di banda di 50 kHz in modo che anche le coppie transitorie più fugaci possano essere registrate con precisione.

La progettazione ingegneristica ha una serie di tendenze a lungo termine in corso, tra cui il desiderio di sistemi sempre più compatti, misurazioni più accurate e risoluzione dei dati più fine, display di informazioni sempre più sofisticati e velocità operative più elevate. Considerando un periodo di due o tre decenni, queste tendenze sono molto evidenti in molti, molti campi, dai prodotti di consumo alle attrezzature mediche, dai macchinari di produzione alle soluzioni di trasporto.

Questi progressi sono guidati dalla domanda degli utenti ma abilitati dalle tecnologie emergenti, come l'elettronica e l'informatica. Mark Ingham del produttore di sensori specializzato Sensor Technology Ltd lo spiega così: "La maggior parte degli utenti delle nostre attrezzature lavora all'avanguardia della tecnologia, sviluppando nuove soluzioni per progetti pratici di ingegneria o scientifici. Quindi c'è solo da aspettarsi che vogliano spingere i nostri prodotti verso prestazioni sempre maggiori.

"Fortunatamente possiamo farlo perché l'elettronica e le tecnologie di visualizzazione incorporate in essi sono in continuo miglioramento"

L'azienda ha ora combinato le crescenti velocità di elaborazione elettronica dei dati e i più recenti sistemi di visualizzazione con nuove tecniche di rilevamento sviluppate in-house per produrre una nuova generazione di sensori ottici di coppia rotanti che sono progettati per applicazioni in cui la misurazione precisa e dinamica della coppia rotante e statica nell'intervallo da 10mNm a 100Nm, con alta risoluzione in modo che anche i picchi di coppia ultra-brevi possano essere registrati

Le applicazioni tipiche includono il profiling dell'accelerazione e della decelerazione di motori ad alta velocità, il controllo di microsistemi e macchinari in miniatura, la raccolta di dati da esperimenti scientifici ripetitivi e il collaudo di macchinari industriali alla distruzione.

Principio di funzionamento

La tecnologia alla base del sensore di coppia ottico ORT230/240 di Sensor Technology si basa su un principio di misurazione ampiamente collaudato e sviluppato per cui due dischi con reticoli segmentati sono posizionati su un albero motore rotante a breve distanza l'uno dall'altro in modo che i settori opachi su un disco oscurino parzialmente i settori chiari sull'altro. La luce passa attraverso i settori e viene rilevata da rilevatori fotovoltaici

Quando viene applicata una coppia all'albero, si verifica una leggera torsione che cambia l'allineamento delle griglie e quindi varia la luce trasmessa a un rilevatore. L'uso di questa tecnica si traduce in un trasduttore che è in grado di rilevare la coppia in modo bidirezionale, e che ha una risposta meccanica ed elettrica veloce, bassa inerzia e completa libertà da spazzole o elettronica complessa.

L'intensità dei fasci di luce, che è costantemente monitorata, è modulata dalla coppia applicata e produce un'uscita elettrica che viene utilizzata per fornire un'indicazione precisa della coppia trasmessa dall'albero. L'intensità della luce è controllata automaticamente all'interno del corpo del trasduttore da una cella di controllo

Si può ottenere una sensibilità di fondo scala molto alta con risposte elettriche veloci fino a 50kHz e bassa inerzia. Poiché la misurazione è senza contatto, è anche completamente libera da spazzole e da un'elettronica complessa sull'albero, che si trovano spesso nei sistemi tradizionali di misurazione della coppia

L'assenza di spazzole e di elettronica fissa permette un funzionamento ad alta velocità con un valore nominale continuo fino a 30.000 giri/minuto standard. Ulteriori aumenti di velocità sono disponibili a seconda delle dimensioni dell'albero. L'albero della coppia ha una bassa cedevolezza: 0,5° di deflessione massima di torsione sui trasduttori più piccoli e 0,25° di deflessione massima sui trasduttori più grandi a fondo scala. Qualsiasi coppia di fondo scala può essere specificata nel campo da 10mNm a 100Nm. Il funzionamento senza contatto assicura una lunga e affidabile durata di funzionamento preciso (che Sensor Technology garantisce con una garanzia a vita). Il principio di funzionamento ottico significa anche una totale immunità alla corruzione del rumore.

I sensori della serie TorqSense ORT 230 forniscono uscite analogiche fisse in tensione o corrente - una per la coppia e una per la velocità o la potenza. TorqSense ORT 240 offre due uscite analogiche di tensione o corrente selezionabili dall'utente - una per la coppia e l'altra per la velocità, la potenza o la coppia di picco - oltre alle uscite digitali che comprendono RS232, CANbus e USB per l'interfacciamento con la strumentazione moderna e i computer portatili. L'ORT 240 permette agli utenti di collegare fino a 10 trasduttori via USB e il software di configurazione del trasduttore per apportare modifiche alle variabili del trasduttore.

Le caratteristiche di entrambi i dispositivi includono l'autodiagnostica per segnalare se la coppia del trasduttore, i valori nominali di velocità o la data di calibrazione sono stati superati, mentre i sensori incorporati monitorano la temperatura dell'albero per una migliore compensazione e precisione. Il dispositivo offre anche una semplice uscita "stato del sensore".

A complemento di questi prodotti c'è il software TorqView di Sensor Technology, che fornisce un pacchetto avanzato di monitoraggio della coppia facile da usare per PC Windows per assistere nella visualizzazione e registrazione dei dati. Offre grafici in tempo reale ed è compatibile sia con Matlab che con Excel. Inoltre, LabVIEW VI è disponibile per gli utenti per progettare le proprie applicazioni di controllo del processo, e DLL sono disponibili per gli utenti che desiderano scrivere il proprio software personalizzato.

Questi ultimi sensori ottici di coppia rotanti rappresentano un'importante estensione della gamma di monitoraggio della coppia della Sensor Technology, e offrono una soluzione alternativa quando i requisiti di bassa coppia o di larghezza di banda precludono l'uso dei più efficienti prodotti TorqSense basati su SAW.