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Importancia de especificar la no-linealidad en sensores de torsión

De acuerdo a un documento publicado por IEEE GlobalSpec y S. Hammelstein & Company, a menudo los fabricantes se aprovechan y usan trucos para hacer que sus sensores parezcan mejores de lo que realmente son.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

Los sensores de par y torsión miden la fuerza a la que se somete un eje durante diferentes fases de su funcionamiento, bien sea en arranque, dinámico o parado.

 

En general, estos dispositivos son altamente demandados en múltiples industrias por supuesto, impulsado por aquellas compañías que implementan motores para optimizar su producción, sin embargo, muchas de estas empresas que constantemente adquieren sensores para tareas de mantenimiento o desarrollo de maquinaria, no están conscientes del impacto significativo que puede tener la adecuada selección de sus sensores de par o de torsión en sus resultados finales.

Solo bastan pequeñas inexactitudes en la medición del par para desencadenar una serie de problemas técnicos como afectaciones en la durabilidad y eficiencia de los productos de una empresa.

Contar con sensores fiables otorga a los desarrolladores llevar a cabo proyectos más eficientes y rentables, por lo que es recomendable tener en cuenta que al adquirir cierta clase de dispositivos no está por demás asegurarse de que la ficha técnica realmente sea lo que el circuito puede otorgar.

En un documento técnico titulado: “Specifying nonlinearity in torque sensors” difundido por la IEEE GlobalSpec en colaboración con S. Himmelstein & Company, analistas de ambas organizaciones refieren que a menudo los fabricantes de sensores de par no siempre son consistentes en la forma en que representan el rendimiento de sus líneas de productos, y esta situación conlleva a muchos clientes y usuarios a tener problemas post operativos.

El documento señala que “las especificaciones de no linealidad del sensor de par se determinan de muchas maneras diferentes, ya que no existe una norma aceptada, pero algunos fabricantes a veces se aprovechan de esto y usan trucos para hacer que sus sensores de par par parezcan mejores de lo que realmente son. Otros utilizan métodos que son apropiados para las cargas de par estático, pero no son precisos para las cargas de par dinámico que se encuentran en el mundo real.”

En la imagen aparece una comparación entre las señales de entrada y las señales de salida de un sensor de torsión. Se observa cómo la línea más adecuada captura inherentemente la histéresis del sensor. (Fuente: S. Himmelstein & Company)

 

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El informe hace mención que debería existir y ser respetada una buena práctica entre los fabricantes, como es dar a conocer las especificaciones de un sensor, y no solo permitir a los consumidores conocer la ficha técnica sino también darles la fuente de información necesaria para que conozcan cómo el fabricante determina las especificaciones de un sensor, en particular la no-linealidad de los sensores de par y torsión.

Cabe mencionar que las definiciones de no-linealidad e histéresis se han desarrollado para caracterizar el rendimiento de los sensores comunes, como las escalas y las celdas de carga. Estas definiciones se utilizan ampliamente para caracterizar los sensores de par, y entre las señales de par más importantes del mundo real son dinámicas, mientras que el pesaje y la mayoría de las mediciones de carga son mayormente estáticas.

Los analistas refieren que aplicar estas definiciones a los sensores de par puede dar lugar a conclusiones erróneas e incorrectas. Comentan que estos métodos toman los puntos de señal de salida para aumentar las cargas y crear una línea de referencia. Es aquí donde la desviación más alejada de la línea de referencia se considera como el valor de no-linealidad. Aunque este es un método efectivo para calcular la no-linealidad para cargas estáticas, las señales de salida del par de giro son dinámicas y, por lo tanto, más complicadas.

La linealidad de una señal de par dinámica compuesta de componentes sinusoidales, inversiones de par e inercia, sólo generarán errores adicionales y desafortunadamente la mayoría de los fabricantes ignoran esta dificultad y aplican el método descrito anteriormente.

El documento resalta que este enfoque se aplica a menudo de manera incoherente, ya que las líneas de referencia pueden determinarse de varias maneras. La mayoría de los fabricantes estadounidenses utilizan tradicionalmente una línea que conecta el primer y el último punto de carga de la señal de salida como una línea de referencia. Sin embargo, los fabricantes europeos utilizan una línea de ajuste óptimo a través del primer punto de carga.

Los analistas responsables de informe destacan que sí existen soluciones para mitigar este problema, y obtener una línea de referencia para calcular la no-linealidad. Entre las soluciones se encuentran el use de un ajuste óptimo a través de cero utilizando únicamente los datos de carga del par creciente, tal como lo realizan los fabricantes europeos.

Otra forma es el uso de una línea de ajuste mediante le primer punto de carga con datos de carga del par creciente. También utilizar una línea de ajuste a través del primer punto de carga y haciendo uso de muchos puntos de datos para incrementar las cargas del par. En este sentido, también podrían utilizarse algunos puntos de datos cuando ocurre lo contrario, es decir, cuando las cargas de par se reducen dando lugar a una carga asimétrica.

“Ninguno de estos métodos es inválido porque no existe un estándar establecido. Todos ellos están simplemente tratando de dibujar una línea que pueda ser usada para determinar la desviación más grande que la señal de salida real hace de esa línea de referencia”, menciona el documento.

Finalmente, el documento subraya la necesidad de tener siempre presente que la medición de la no-linealidad requiere considerar la histéresis para obtener una línea de referencia de mejor ajuste. Esta línea de referencia se puede utilizar para calcular la no-linealidad con mayor precisión en aplicaciones del mundo real en las que intervienen la rotación y la inercia.

Desafortunadamente, estos valores no-lineales pueden parecer grandes en comparación con los enfoques menos rigurosos. Por lo tanto, al especificar los sensores de par es imprescindible entender el método utilizado para calcular la no-linealidad y requerirá un poco más de investigación, pero el entendimiento resultante ahorrará dinero a largo plazo.

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