Em equipamentos de teste, não é suficiente para fornecer medições e resultados precisos. Esses resultados têm que ser consistentes toda vez que a máquina é usada. A variabilidade entre os dados de teste indica que os resultados alcançados são potencialmente defeituosos e, possivelmente, inúteis. Essa inconsistência não só prejudica a validade dos testes, mas também significa dinheiro e tempo para o operador ao forçá-lo a executar mais amostras para alcançar um meio quantificavelmente significativo. Em vez de 25 ou 50 testes em um componente, podem ser necessários 100 testes.
Padrões do setor
Antes de discutir as diferentes tecnologias, é importante entender como o setor mede a confiabilidade e a consistência. Historicamente, os esforços para quantificar esses fatores têm tido diferentes níveis de sucesso. Em 2005, entretanto, uma nova norma, ASTM E2309, foi publicada para padronizar metodologias e métricas de deslocamento linear em equipamentos de teste. Seguindo os requisitos descritos na ASTM E2309, a consistência e confiança dos dados capturados por meio de sensores de posição linear podem ser medidas e comparadas entre as tecnologias.
A ASTM E2309 tem quatro níveis de esclarecimento de precisão:
Classe A: +/- 0,5% da leitura ou ± 0,001 pol. (0,025 mm)
Classe B: +/- 1,0% da leitura ou ± 0,003 pol. (0,075 mm)
Classe C: +/- 2,0% da leitura ou ± 0,005 pol. (0,125 mm)
Classe D: +/- 3,0% da leitura ou ± 0,010 pol. (0,250 mm)
Como ilustrado acima, dentro de cada classificação, há duas especificações de precisão - Erro Relativo, que se refere à porcentagem da leitura e o Erro Fixo, que se refere ao erro de medição propriamente dito. Há uma terceira especificação associada à resolução de medição, que é insignificante para os pontos aqui abordados.
Para determinar uma classificação ASTM E3209, são necessárias duas séries de dados. As variações entre essas passagens são então utilizadas para ilustrar o nível de confiança na repetibilidade da medição.
Estas classificações são importantes para os fabricantes porque permitem às empresas selecionar o equipamento de teste que atende aos parâmetros exatos de suas aplicações, assim como as expectativas e padrões da indústria, enquanto ainda consideram outros fatores como custo operacional, facilidade de instalação e condições ambientais.
Tecnologias de medição
Um dos métodos mais comuns usados atualmente para medir o deslocamento linear em equipamentos de teste é por meio do uso de um transdutor de deslocamento linear variável (LVDT). Os LVDT funcionam medindo uma corrente elétrica ao longo de um núcleo cilíndrico ferromagnético. Um objeto metálico viaja ao longo do núcleo e gera um sinal, que por sua vez é medido por três bobinas colocadas ao longo de um tubo. Esta tecnologia oferece vários benefícios, incluindo compatibilidade com a maioria dos equipamentos industriais, fácil instalação e rápida partida (sem necessidade de recalibração).
Uma segunda tecnologia, a magnetostricção, funciona induzindo um pulso de tensão sônica em uma guia de onda magnetostrictiva especialmente projetada pela interação momentânea de dois campos magnéticos. Um campo vem de um imã móvel permanente que passa ao longo da parte externa do tubo sensor; o outro campo vem de um pulso de corrente ou pulso de interrogação aplicado ao longo da guia de onda. Esta interação produz um pulso de tensão, que viaja em velocidade sônica ao longo da guia de onda até que o pulso seja detectado na cabeça do sensor.
A posição do imã é determinada com alta precisão ao mensurar o tempo de resposta entre a aplicação do primeiro pulso e a chegada do pulso de retorno na bobina em forma de torção mecânica resultante. Consequentemente, o feedback preciso e sem contato da posição é obtido sem absolutamente nenhum desgaste dos componentes de detecção. A magnetostricção também não requer recalibração e pode ser facilmente instalada na maioria dos ambientes industriais.
Fatores que afetam a precisão
Em um ambiente de laboratório ideal (temperatura controlada, interferência elétrica/magnética, choque, vibração, etc.), a maioria dos sensores fornecerá resultados bastante consistentes. O verdadeiro indicador é como o produto se comporta em ambientes do mundo real.
Os LVDT, particularmente, são suscetíveis a influências ambientais. Por projeto, os LVDTs são transformadores CA variáveis, tornando-os propensos a erros de capacitância do cabo, impedância, variações de fase do desmodulador e pequena variabilidade na bobinagem física do transformador e seu núcleo combinado. Além disso, como o núcleo e o transformador permanecem em alinhamento concêntrico e angular, o elemento pode se degradar com o tempo, especialmente quando combinado com cascalho ou outra contaminação.
As vantagens da magnetostricção
Embora os LVDTs ainda tenham uma forte posição no mercado, através de comparações diretas usando ASTM E2309, as vantagens da magnetostricção são óbvias. Onde os LVDTs lutam para atender as especificações da Classe C (± 2,0% da Leitura ou ± 0,005 Polegadas) na faixa física nos comprimentos >25cm usando algoritmos típicos de linearização, a maioria dos sensores de posicionamento linear magnetostrictivos mantém facilmente uma classificação de Classe A (± 0,5% da Leitura ou ± 0,001 Polegadas), especialmente quando medidos em condições reais de campo. Esta vantagem se torna ainda mais prevalente em aplicações onde são necessários comprimentos de curso muito longos (>100 cm) ou leituras de alta velocidade (50 cm/segundo).
Os sensores magnetostrictivos também são menos suscetíveis a fatores ambientais, tais como inferência EM, choque e vibração, quando comparados aos LVDTs. Além disso, como os sensores magnetostrictivos não utilizam peças móveis, o desgaste devido ao uso contínuo não é um problema. Estes sensores podem operar indefinidamente com pouca ou nenhuma manutenção necessária. Eles podem ser montados em praticamente qualquer espaço sem obstruções ao desempenho.
Os sensores magnetostrictivos são compatíveis com muitos protocolos eletrônicos diferentes, incluindo EtherNet/IP™, EtherCAT®, Profibus, DeviceNet, CANbus, SSI, Analog e Ethernet em geral. A MTS Systems Corp., Divisão de Sensores, introduziu recentemente um modelo que incorpora eletrônica independente. Ao separar a eletrônica, os fabricantes podem remover ainda mais equipamentos sensíveis de ambientes agressivos onde podem ser danificados por temperatura, choque, vibração ou outras condições, sem afetar o desempenho do sensor.
Conclusões
Enquanto os LVDTs ainda oferecem valor em aplicações de baixo desempenho, a magnetostricção proporciona benefícios tangíveis em equipamentos onde dados confiáveis e de longo prazo são fundamentais. Nos equipamentos de teste, os sensores magnetostrictivos de posicionamento linear proporcionarão resultados mais consistentes com menos desgaste e permitirão uma classificação ASTM E2309 consideravelmente mais alta, permitindo aos fabricantes atender melhor às especificações de aplicação, às expectativas dos clientes e aos regulamentos da indústria.