¿Qué es un Sensor de Par?
Un sensor de par es un dispositivo para medir el par (la fuerza que retuerce un eje).
El sensor de par convierte la diminuta torsión del eje cuando se aplica par al eje en par, que se emite y se muestra. Se utilizan en diversas situaciones en las que es necesario medir el par, como la gestión del par en las líneas de producción y la evaluación del rendimiento de los equipos industriales.
Dependiendo del producto, también pueden denominarse torquímetros o medidores de par. No existen reglas para el uso de los diferentes nombres, pero en general se utilizan de las siguientes maneras. En este artículo, se utilizará el nombre “sensor de par” independientemente de cómo se utilice.
- Sensor de Par
Dispositivo de medición incorporado en bicicletas eléctricas, robots, etc., en el que el par detectado se utiliza para controlar el motor o el robot. - Torquímetro
Dispositivo de medición utilizado para medir el par de apriete de un destornillador o similar y comprobar el valor del par in situ mediante una pantalla. - Torquímetro de Par
Dispositivo de medición utilizado en equipos de ensayo de motores para evaluar el par de un motor.
Usos de los Sensores de Par
Un ejemplo conocido de uso de los sensores de par es el de las bicicletas con asistencia eléctrica. En las bicicletas con asistencia eléctrica, el sensor de par detecta la fuerza (par) ejercida por el pedaleo humano. El motor produce entonces la fuerza de asistencia necesaria en respuesta a ese par, reduciendo la carga del pedaleo.
Los sensores de par se utilizan mucho en aplicaciones industriales. En las aplicaciones industriales, se utilizan principalmente para el control de calidad y la investigación de pruebas.
1. Control de Calidad
Para el control de calidad, se utilizan principalmente en las siguientes situaciones
- Controles al Azar
Inspección de la fuerza con la que se aprietan los tapones de los envases durante la producción. - Inspecciones Periódicas
Comprobaciones antes del inicio del trabajo para garantizar que los atornilladores eléctricos utilizados en las líneas de producción funcionan dentro de los límites normales.
2. Pruebas e Investigación
Con fines de ensayo e investigación, se utilizan principalmente en las siguientes situaciones
- Mediciones de Resistencia
Medición de la resistencia a la torsión de materiales y componentes de prueba. - Evaluación del Rendimiento de Motores
Mediciones para evaluar el rendimiento de motores bajo carga. - Medición del Par de Rotación de Maquinaria
Medición del par de giro de rodillos, por ejemplo en rotativas de impresión, para determinar las condiciones óptimas de funcionamiento de la máquina.
Principios de los Sensores de Par
Los sensores de par detectan el par en el siguiente orden:
- Se aplica una fuerza de torsión (par) al eje.
- El par provoca la torsión/deformación del eje.
- Se mide la torsión/deformación del eje.
- El par aplicado al eje se calcula a partir de la magnitud medida.
La torsión/deformación del eje se procesa y se emite como señal eléctrica. Muchos sensores de par están equipados con un amplificador, que amplifica la señal eléctrica y la convierte en un valor fácil de medir mediante un convertidor A/D. Algunos sensores de par están equipados con un indicador que permite comprobar visualmente el valor del par in situ.
Tipos de Sensores de Par
Existen varios métodos para medir la torsión y la deformación del eje, pero los cuatro métodos siguientes se utilizan habitualmente en los sensores de par que se emplean actualmente en la práctica.
1. Sensores de Par de Bandas Extensométricas
Este método utiliza galgas extensométricas para medir la deformación del eje. Una banda extensométrica es un sensor que mide la deformación a partir de la resistencia eléctrica que cambia al expandirse y contraerse.
2. Sensor de Par Capacitivo
Este método mide la deformación en el eje mediante el cambio de capacitancia de un condensador. Se colocan dos electrodos en el eje y la capacitancia cambia a medida que lo hace la posición de los electrodos cuando se deforma el eje.
Este método tiene una estructura más simple y una longitud de eje más corta que el método de galgas extensométricas, y se utiliza ampliamente en sensores de par para robots.
3. Sensor de Par Magnetostrictivo
Este método mide la tensión en el eje por el cambio en la inductancia de la bobina. Cuando se aplica una fuerza de torsión al eje, cambia la permeabilidad magnética (facilidad de paso del flujo magnético). Este principio se conoce como efecto magnetostrictivo inverso. Los sensores de par magnetostrictivos colocan una bobina fuera del eje y detectan cambios en la permeabilidad magnética del eje mediante cambios en la inductancia de la bobina.
Los sensores de par magnetostrictivos tienen las siguientes ventajas, ya que pueden medir el par sin contacto
- Se puede medir el par en ejes giratorios, como los ejes giratorios de motores.
- Se puede medir el par sin comprometer la resistencia del eje, ya que no es necesario fijar el sensor al eje.
4. Sensor Óptico de Par
Este método utiliza un sensor óptico para medir la tensión en el eje. Cuando se produce la torsión o la deformación del eje, la posición del emisor y del receptor de luz se desplaza, lo que provoca una diferencia en la cantidad de luz recibida. Esta diferencia en la cantidad de luz recibida se convierte en una señal eléctrica y se detecta como par de torsión.
Más Información sobre los Sensores de Bar
Productos con Sensores de Par Integrados
Gracias a los recientes avances tecnológicos, los sensores de par son cada vez más pequeños, por lo que ya existen productos con sensores de par integrados. Esta sección presenta productos con sensores de par integrados para aplicaciones industriales.
1. Motor con Sensor de Par Integrado
Este producto integra un motor, un reductor y un sensor de par. Al no necesitar reductora ni sensor de par externos, se puede reducir el tamaño del equipo.
El sensor de par permite medir directamente el par del eje de salida, lo que permite un control del par muy preciso. Esto permite conducir el dispositivo con suavidad o detectar el contacto con personas para que el dispositivo sea más seguro.
2. Sensores de Par en Robots
En los últimos años se han comercializado robots articulados con sensores de par integrados. En particular, el número de robots con sensores de par integrados en la categoría de robots cooperativos va en aumento. Cuando se incorporan a robots cooperativos, como se muestra en la Fig. 3, tienen forma cilíndrica y están integrados en el brazo del robot.
Los sensores de par detectan el par de salida de los ejes de rotación del robot y controlan fuerzas como la fuerza de empuje necesaria para la tarea del robot, o detectan el contacto con una persona o un obstáculo. Para los robots, los sensores de par son dispositivos necesarios para realizar tareas más sofisticadas y trabajar en el mismo espacio que las personas. Se prevé que el mercado de sensores de par en este campo crezca en el futuro.