En los equipos de prueba, no es suficiente proporcionar mediciones y resultados precisos. Esos resultados deben ser consistentes cada vez que se utiliza la máquina. La variabilidad entre los datos de las pruebas indica que los resultados obtenidos son potencialmente defectuosos y, posiblemente, inútiles. Esa incoherencia no solo perjudica la validez de las pruebas, sino que cuesta dinero y tiempo al operador, ya que se ve obligado a realizar más muestras para conseguir una media cuantitativamente significativa. En lugar de 25 o 50 pruebas en un componente, es posible que se necesiten 100.
Normas de la industria
Antes de analizar las diferentes tecnologías, es importante comprender cómo la industria mide la confiabilidad y la consistencia. Históricamente, los esfuerzos por cuantificar estos factores han tenido distintos niveles de éxito. Sin embargo, en 2005 se publicó una nueva norma, ASTM E2309, para normalizar metodologías y medidas para el desplazamiento lineal en equipos de prueba. Siguiendo los requisitos descritos en ASTM E2309, la consistencia y la confianza de los datos capturados a través de sensores de posición lineal se pueden medir y comparar entre tecnologías.
ASTM E2309 tiene cuatro niveles de aclaración de la precisión:
Clase A: +/- 0,5 % de la lectura o ± 0,001 pulgadas (0,025 mm)
Clase B: +/- 1,0 % de la lectura o ± 0,003 pulgadas (0,075 mm)
Clase C: +/- 2,0 % de la lectura o ± 0,005 pulgadas (0,125 mm)
Clase D: +/- 3,0 % de la lectura o ± 0,010 pulgadas (0,250 mm)
Como se ilustra más arriba, dentro de cada clasificación, hay dos especificaciones de precisión: el Error Relativo, que se refiere al porcentaje de la lectura y el Error Fijo, que se refiere al error de medición propiamente dicho. Hay una tercera especificación asociada a la resolución de las mediciones, que es insignificante para los puntos descritos aquí.
Para determinar una clasificación ASTM E3209, se requieren dos series de datos. Las variaciones entre estas corridas se utilizan para ilustrar el nivel de confianza en la repetibilidad de la medición.
Estas clasificaciones son importantes para los fabricantes, ya que permiten a las empresas seleccionar el equipo de prueba que se ajusta a los parámetros exactos de sus aplicaciones, así como a las expectativas y normas del sector, sin dejar de considerar otros factores como el costo de funcionamiento, la facilidad de instalación y las condiciones ambientales.
Tecnologías de medición
Uno de los métodos más comunes utilizados para medir el desplazamiento lineal en los equipos de prueba hoy en día es mediante el uso de un transformador de desplazamiento variable lineal (LVDT). Los LVDT funcionan midiendo una corriente eléctrica a lo largo de un núcleo ferromagnético cilíndrico. Un objeto metálico viaja a lo largo del núcleo y genera una señal, que a su vez se mide mediante tres bobinas colocadas a lo largo de un tubo. Esta tecnología ofrece varios beneficios, incluida la compatibilidad con la mayoría de los equipos industriales, una instalación sencilla y un inicio rápido (no se requiere recalibración).
Una segunda tecnología, la magnetostricción, funciona induciendo un pulso de tensión sónica en una guía de ondas magnetostrictiva especialmente diseñada mediante la interacción momentánea de dos campos magnéticos. Un campo procede de un imán permanente móvil que pasa por el exterior del tubo sensor; el otro campo procede de un pulso de corriente o de interrogación aplicado a lo largo de la guía de ondas. Esta interacción produce un pulso de deformación, que viaja a velocidad sónica a lo largo de la guía de ondas hasta que se derecta el pulso en la cabeza del sensor.
La posición del imán se determina con gran precisión midiendo el tiempo transcurrido entre la aplicación del impulso de interrogación y la llegada del impulso de deformación resultante. En consecuencia, se logra una retroalimentación de posición precisa y sin contacto sin ningún desgaste de los componentes de detección. La magnetostricción tampoco requiere recalibración y se puede instalar fácilmente en la mayoría de entornos industriales.
Factores que afectan la precisión
En entornos de laboratorio perfectos (temperatura controlada, interferencias eléctricas/magnéticas, golpes, vibraciones, etc.), la mayoría de los sensores proporcionarán resultados bastante consistentes. El verdadero indicador es cómo se comporta el producto en entornos reales.
Los LVDT, en particular, son susceptibles a las influencias ambientales. Por su diseño, los LVDT son transformadores de CA variables, lo que los hace propensos a los errores derivados de la capacitancia de los cables, la impedancia, las variaciones de fase del demodulador y una pequeña variabilidad en el devanado físico del transformador y su núcleo adaptado. Además, como el núcleo y el transformador permanecen en alineación concéntrica y angular, el elemento puede degradarse con el tiempo, especialmente cuando se combina con gravilla u otra contaminación.
Cómo están a la altura: Las ventajas de la magnetostricción
Aunque los LVDT siguen teniendo una posición fuerte en el mercado, mediante comparaciones directas utilizando la norma ASTM E2309, las ventajas de la magnetostricción son evidentes. Mientras que los LVDTs tienen dificultades para cumplir con las especificaciones de Clase C (± 2,0 % de lectura o ± 0,005 pulgadas) en el rango físico en las longitudes de >25cm utilizando los algoritmos típicos de linealización, la mayoría de los sensores magnetostrictivos de posicionamiento lineal mantienen con facilidad una clasificación de Clase A (± 0,5 % de lectura o ± 0,001 pulgadas), especialmente cuando se miden en condiciones reales de campo. Esta ventaja se acentúa aún más en las aplicaciones en las que se requieren longitudes de carrera muy largas (>100 cm) o lecturas de alta velocidad (50 cm/segundo).
Los sensores magnetostrictivos también son menos susceptibles a los factores ambientales, como la inferencia EM, los golpes y las vibraciones, en comparación con los LVDT. Además, como los sensores magnetoestrictivos no utilizan piezas móviles, el desgaste debido al uso continuo no es un problema. Estos sensores pueden funcionar indefinidamente con poco o ningún mantenimiento requerido. Se pueden montar en prácticamente cualquier espacio sin obstaculizar el rendimiento.
Los sensores magnetostrictivos son compatibles con muchos protocolos electrónicos diferentes, incluidos EtherNet/IP™, EtherCAT®, Profibus, DeviceNet, CANbus, SSI, Ethernet analógica y general. MTS Systems Corp., División de Sensores, hace poco presentó un modelo que incorpora componentes electrónicos separados.Al separar los componentes electrónicos, los fabricantes pueden eliminar aún más los equipos sensibles de los entornos hostiles donde pueden dañarse por la temperatura, los golpes, las vibraciones u otras condiciones, sin afectar el rendimiento del sensor.
Conclusiones
Mientras que los LVDT siguen siendo valiosos en las aplicaciones de menor rendimiento, la magnetostricción ofrece ventajas tangibles en los equipos en los que resulta esencial disponer de datos confiables a largo plazo. En los equipos de prueba, los sensores magnetostrictivos de posicionamiento lineal proporcionarán resultados más consistentes con menos desgaste y permitirán una clasificación ASTM E2309 considerablemente mayor, lo que permitirá a los fabricantes cumplir mejor las especificaciones de las aplicaciones, las expectativas de los clientes y las normativas del sector.