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Sensor de par dinámico

Sensor de par dinámico Un sensor de par dinámico es un dispositivo de medición electrónico que se utiliza para medir y registrar variaciones de par en sistemas mecánicos rotator...

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Sensor de par dinámico

Un sensor de par dinámico es un dispositivo de medición electrónico que se utiliza para medir y registrar variaciones de par en sistemas mecánicos rotatorios o en movimiento dinámico . [ 1 ] En comparación con los sensores de par estáticos , que miden el par cuando el objeto está inmóvil, los sensores de par dinámicos miden específicamente fluctuaciones rápidas. [ 2 ] Informan las variaciones de par en tiempo real. [ 3 ]

Estos sensores se utilizan donde se requiere el control y la monitorización del par, y desempeñan un papel en la seguridad operativa . [ 4 ] Ayudan a determinar la eficiencia de componentes mecánicos como motores , ejes de transmisión y equipos rotativos. [ 5 ]

El sensor de par dinámico utiliza principios como la tecnología de galgas extensométricas [ 6 ] , efectos magnetoelásticos [ 7 ] , detección óptica [ 8 ] o efectos piezoeléctricos [ 9 ] .

Los sistemas mecánicos se han diversificado en diseño y condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, los sensores de par dinámico se aplican ahora en más sectores que antes. Esto incluye la automoción , [ 5 ] la industria aeroespacial , [ 10 ] las energías renovables , [ 11 ] [ 12 ] la automatización industrial , [ 13 ] y la robótica . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] En estos sectores, los sensores de par dinámico se emplean para monitorizar la eficiencia del sistema y los parámetros de seguridad. [ 3 ]

Principio de funcionamiento

Un sensor de par dinámico utiliza principios de medición como la tecnología de galgas extensométricas, efectos magnetoelásticos, detección óptica y efectos piezoeléctricos. [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ]

Tecnología de galgas extensométricas

Deformación del extensómetro bajo tensión (izquierda) y compresión (derecha).

Los extensómetros se deforman al aplicarles torsión. Esto produce un cambio en la resistencia eléctrica proporcional a la torsión, lo que permite medir la deformación. Estos sensores ofrecen una precisión de ±0,3 % de la escala completa en pruebas de laboratorio y suelen integrarse en bancos de medición. [ 6 ]

Efectos magnetoelásticos

Estos sensores utilizan cambios en las propiedades magnéticas al aplicar un par de torsión. El principio magnetoelástico permite la medición del par de torsión sin contacto. Los fabricantes informan que los sensores magnetoelásticos pueden funcionar en condiciones de alta temperatura o alta vibración con un mantenimiento mínimo. [ 7 ]

Detección óptica

Los sensores de par ópticos utilizan técnicas basadas en la luz, concretamente interferometría o mediciones de desplazamiento de fase , para detectar el par. Ofrecen alta sensibilidad, inmunidad a las interferencias electromagnéticas y mínima interferencia mecánica. [ 8 ]

Efectos piezoeléctricos

Esquema animado del efecto piezoeléctrico

Mediante el uso de cristales piezoeléctricos , estos sensores crean una carga eléctrica cuando se aplica una tensión mecánica, capturando así eventos de torsión dinámica de alta frecuencia . [ 9 ]

Tipos de sensores de par dinámico

Un sensor de par dinámico se puede clasificar según su tecnología de detección y su aplicación.

En primer lugar, los sensores de par rotativos miden el par en ejes giratorios. Utilizan galgas extensométricas o tecnología magnetoelástica y se emplean en motores , cajas de cambios y ejes de transmisión . [ 17 ]

En segundo lugar, los sensores de par sin contacto miden el par sin contacto físico. Utilizan técnicas magnetoelásticas u ópticas, lo que reduce el desgaste y los requisitos de mantenimiento. Son especialmente útiles en entornos hostiles o de alta velocidad. [ 18 ]

Por último, los sensores de par de reacción utilizan tecnología de galgas extensométricas y están diseñados para medir el par sin rotación. Se utilizan en bancos de pruebas de par y en configuraciones de validación de componentes. [ 19 ]

Aplicaciones

Los sensores de par dinámico se utilizan en diversas industrias debido a su precisión y fiabilidad. Se emplean en la industria automotriz para realizar pruebas de motores y transmisiones , [ 20 ] análisis de la dinámica vehicular y desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos (VE) . [ 21 ]

También se utilizan en la industria aeroespacial, donde se prueban motores de aeronaves , hélices y sistemas de rotor, garantizando la seguridad de los componentes aeroespaciales. [ 10 ]

También se utilizan para monitorizar el par en turbinas eólicas y sistemas de energía mareomotriz , aumentando su eficiencia. [ 11 ] [ 12 ]

La automatización industrial y la robótica las utilizan para monitorizar el par en las articulaciones robóticas, la maquinaria industrial y los sistemas de automatización. Los estudios han demostrado que la monitorización del par puede detectar cargas anómalas en las articulaciones robóticas, lo que podría prevenir fallos. [ 15 ] [ 16 ]

Especificaciones técnicas y criterios de rendimiento

Los sensores de par dinámicos se distinguen por sus especificaciones técnicas y criterios de rendimiento:

  • Sensibilidad : el sensor detecta pequeños cambios en el par motor.
  • Precisión : grado en que las mediciones del sensor reflejan los valores reales de par motor.
  • Resolución : incremento mínimo detectable del par motor.
  • Respuesta en frecuencia : rango de frecuencias en el que el sensor mide con precisión el par dinámico.
  • Estabilidad de la temperatura: el sensor mantiene mediciones precisas en un amplio rango de temperaturas.
  • Normas de calibración : cumplimiento de normas de calibración reconocidas internacionalmente (p. ej., ISO, ASTM) que garantizan una precisión de medición constante. [ 22 ]

Calibración y mantenimiento

La calibración y el mantenimiento adecuados de los sensores de par dinámicos son vitales para garantizar su precisión a lo largo del tiempo. [ 23 ] Se incluyen métodos de calibración tanto estáticos como dinámicos para mantener la precisión del sensor. Además, el cumplimiento de las normas de calibración reconocidas, como ISO y ASTM, aseguraría la consistencia entre las mediciones. La inspección , limpieza , recalibración y manipulación adecuadas periódicas también son cruciales para prolongar la vida útil del sensor . [ 24 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ US8752439B2 , HYTE, JEFFREY Alan, "Sistema de detección de par dinámico", publicado el 17/06/2014 
  2. ↑ Mateev, Valentin; Marinova, Iliana (2019). «Sensor de elastómero magnético para par dinámico». 19.º Simposio Internacional sobre Campos Electromagnéticos en Mecatrónica, Ingeniería Eléctrica y Electrónica (ISEF) de 2019. pp. 1–2 . doi : 10.1109/ISEF45929.2019.9097051 . ISBN  978-1-7281-1560-3.
  3. 1 2 Karki, Dipesh; Dura, Hari Bahadur; Poudel, Laxman (2023-12-30). "Diseño, construcción y análisis de rendimiento de un transductor de par dinámico" . Journal of Innovations in Engineering Education . 6 (1): 118– 123. doi : 10.3126/jiee.v6i1.43809 . ISSN 2594-343X . 
  4. ↑ Ahmed, Rocksana N.; Akram, Muhammad; Iqbal, Sajid; Bilal, Muhammad (2021). "Diseño y análisis de un sensor de par articular para una colaboración segura entre humanos y robots". Actas de la Conferencia Internacional sobre Ingeniería Industrial y Gestión de Operaciones . Vol. 11. IEOM Society. doi : 10.46254/EU04.20210030 . ISBN  978-1-7923-6127-2.
  5. 1 2 Brusamarello, V., Balbinot, A., Gertz, LC, & Cerviéri, A. (2010, mayo). Medición dinámica de par para aplicaciones automotrices. En Actas de la Conferencia de Tecnología de Instrumentación y Medición IEEE 2010 (págs. 1358-1362). IEEE.
  6. 1 2 3 Wang, Xuezhu; Cui, Long; Li, Hongyi; Wang, Yuechao (2015). "Desarrollo y optimización del sensor de par integrado para transmisión armónica". 2015 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO) . pp. 1774–1779 . doi : 10.1109/ROBIO.2015.7419029 . ISBN  978-1-4673-9675-2.
  7. 1 2 3 Mateev, Valentin; Marinova, Iliana (2019). "Sensor de elastómero magnético para par dinámico". 19.º Simposio Internacional sobre Campos Electromagnéticos en Mecatrónica, Ingeniería Eléctrica y Electrónica (ISEF) de 2019. pp. 1–2 . doi : 10.1109/ISEF45929.2019.9097051 . ISBN  978-1-7281-1560-3.
  8. 1 2 Adwant, Sra. AV; Singh, Dr. Manpreet; Deshmukh, Dr. Suhas; Singh, Dr. Vijay Kumar (10 de agosto de 2023). "Desarrollo de un sensor de par óptico y examen de la correspondencia par-vibración" . Journal of Namibian Studies: History Politics Culture . 35 : 2242–2254 . doi : 10.59670/jns.v35i.3952 . ISSN 2197-5523 . 
  9. 1 2 3 Hammond, JM, & Lec, RM (1998, mayo). Un sensor de par piezoeléctrico sin contacto. En Actas del Simposio Internacional de Control de Frecuencia IEEE de 1998 (Cat. No. 98CH36165) (pp. 715-723). IEEE.
  10. 1 2 Lee, TH, Low, TS, Tseng, KJ, & Lim, HK (2004). Un sensor de par dinámico indirecto inteligente para accionamientos de CC sin escobillas de imanes permanentes. IEEE Transactions on Industrial Electronics , 41 (2), 191-200.
  11. 1 2 Kang, HS, & Meneveau, C. (2010). Sensor de par mecánico directo para turbinas eólicas modelo. Measurement Science and Technology , 21 (10), 105206.
  12. 1 2 Zhang, Z., Zhao, Y., Qiao, W., & Qu, L. (2015). Un control de par directo en tiempo discreto para sistemas de conversión de energía eólica basados ​​en PMSG de accionamiento directo. IEEE Transactions on Industry Applications , 51 (4), 3504-3514.
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  20. ^ Persson, O. y Persson, G. (2015). Sensor de par para aplicaciones automotrices. CÓDIGO: LUTEDX/TEIE .
  21. ↑ Albers, A., Fischer, J., Behrendt, M., & Lieske, D. (2015). Métodos para medir, analizar y predecir el par dinámico de un accionamiento eléctrico utilizado en un tren motriz automotriz. SAE International Journal of Alternative Powertrains , 4 (2), 363-369.
  22. ↑ "Especificaciones de sensores de par | GlobalSpec" . www.globalspec.com . Consultado el 10 de julio de 2025 .
  23. ^ Klaus, Leonardo; Hamaji, Misaki (2025). "El estado del arte en calibración dinámica de par" .計測と制御. 64 (2): 66– 73. doi : 10.11499/sicejl.64.66 .
  24. ↑ Cheng, L., Su, Y., & Wang, L. (2021, diciembre). Investigación sobre el método de calibración del sensor de par. En Journal of Physics: Conference Series (Vol. 2136, No. 1, p. 012004). IOP Publishing.