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5.Sensor de Par

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1. e mf Ilustraci n 5 7 Circuito limitador de tensi n una vez realizado 69 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 3 Interfaz gr fica del sensor de par Para el medidor de par he creado una interfaz gr fica mediante la plataforma Labview en la que se obtienen los valores de tensi n y par medido El par es funci n de la tensi n de forma que Par 20 x V y siguen una ley lineal es decir Si 0Y 0Nm _ gt 25V 50Nm Si 5V 100Nm En la interfaz tambi n se representa una gr fica con la secuencia de valores de par medido Los valores de par medido son guardados en un archivo de formato xls llamado Medidor_de_Par xls para poder disponer de todos los valores obtenidos para su posterior uso en c lculos En la ilustraci n 5 8 se puede observar la interfaz gr fica del sensor de par ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SEVILLA Departamento de Sistemas y Autom tica Interfaz de Adquisici n de C Datos de Sensor de Par Lorenz DR 2477 FUEL CELL CONTROL LAB Medida del Sensor de Par Lorenz DR 2477 La respuesta del Par es lineal con respecto a la tensi n de salida seg n Medida Par Nm Par Nm 20 Vo V 0 04 0 06 0 08 0 1 A o O Ilustraci n 5 8 Interfaz gr fica Sensor_de_Par vi 70 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Csa ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SEVILLA el Departamento de Sisternas y Autom tica AA Interfaz de Adquisici n de m l
2. n 5 21 la tendencia es m s irregular debido a los grandes esfuerzos requeridos y al cuidado excesivo de no romper ning n componente El m ximo se produce aproximadamente a unos 80 Nm exactamente 83 3 Nm que es el tarado que le hab a dado a la llave En las gr ficas s lo se recoge una parte de los datos medidos los necesarios y suficientes para mostrar la validez del ensayo 80 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Prueba 2 del sensor de par Hasta 80 Nm VOPOIIVTYTTTI Numero de muestras tomadas Ilustraci n 5 21 Prueba 2 del sensor de par hasta 80 Nm Se considera que las dos pruebas son satisfactorias ya que las diferencias medidas entre el sensor de par y la llave dinamom trica son muy peque as 0 8333 para 60 Nm y de 4 125 en el caso de 80 Nm y dichas diferencias est n debidas a la tolerancia de la llave dinamom trica o la perfecta alineaci n de los ejes entre otros factores 81
3. sentido hacia el lado de medida la se al ser positiva da una tensi n positiva en caso contrario la se al ser negativa e Par est tico en caso de medir un par est tico o cuasi est tico que es lo que ocurre ante una aplicaci n lenta de par podemos aplicar valores de par superiores a los nominales e Par din mico si queremos medir un par din mico es nuestro caso la frecuencia del par tiene que ser m s peque a que la frecuencia de resonancia del conjunto El esquema del conjunto para la obtenci n de la frecuencia de resonancia se muestra en la Ilustraci n 5 4 Ilustraci n 5 4 Esquema del conjunto La f rmula usada para calcular la frecuencia natural de resonancia es fo Frecuencia natural en Hz 1 1 C J1 J2 Momento de inercia en Kg m Ji J2 C Rigidez a torsi n en Nm rad Ecuaci n 5 1 Ecuaci n para la obtenci n de la frecuencia natural de resonancia 67 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Tambi n es posible estimar la frecuencia de resonancia a trav s de otros m todos distintos al mostrado en la ecuaci n 1 Las variables que pueden afectar a la medida son e Vibraciones e Cambios y gradientes de temperaturas e Variables derivadas del uso del sensor e Perturbaciones el ctricas y magn ticas e EMC perturbaciones electromagn ticas Hay que evitar estas perturbaciones aislando de las vibraciones de los cambios de temperaturas etc
4. 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 7 16 01 6b 91E 01 6 69E 01 b 47E 01 6 2 7E 01 6 0sE 01 3 69E 01 3 71 01 3 53E 01 3 36E 01 19E 01 3 03E 01 1 43E 01 1 38E 01 1 34E 01 1 29E 01 1 2581 1 2291 1 18E 01 1 14E 01 1 11 01 1 07E 01 1 04E 01 1 01 01 Ilustraci n 5 13 Archivo obtenido con Sensor de Par avi 75 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 4 Ensayos del sensor de par Para poder probar el sensor de par antes de ponerlo en funcionamiento se dise una prueba mediante una llave dinamom trica calibrada con la que se pueden medir varios valores de par La primera prueba resulta fallida debido a la rotura de un tornillo del sensor cuando me dispon a a introducir el eje en ste Al apretar el tornillo para que la parte c nica tuviera el suficiente apriete como para que el eje no deslizara en el interior del sensor el tornillo se rompi Es por esto por lo que se ide otro sistema mediante una pieza que ir a unida al sensor de par mediante tornillos En la ilustraci n 5 14 podemos ver el montaje de la segunda prueba realizada al sensor de par y que fue realizada con xito Ilustraci n 5 14 Ensayo al sensor de par 76 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n El ensayo tiene por componentes una pieza atornillada al sensor de par pieza 1 que cons
5. En la ilustraci n 5 5 se muestra el esquema de montaje de un sensor de par Torque sensor Drive Flexible connection for Cable connection housing fixation Ilustraci n 5 5 Montaje del medidor de par El medidor de par se instalar entre los dos motores el ctricos el motor propio del veh culo 2KW y el motor que actuar como resistencia de frenado 11 KW con sendas conexiones flexibles El sensor de par estar atornillado a un soporte con las dimensiones adecuadas para que el eje quede alineado con los ejes de los respectivos motores Como el medidor de par es muy sensible a la tensi n se decidi conectar un circuito regulador de tensi n a la entrada de la alimentaci n para as limitar la tensi n m xima de 68 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n alimentaci n a un m ximo de 14 78 V y prevenir de esta manera un aumento descontrolado de la tensi n que le pueda afectar El esquema del circuito utilizado se muestra en la siguiente imagen ilustraci n 5 6 Note 1 To specify an output voltage substitute voltage value for XX 2 Bypass capacitors are recommended for optimum stability and transient response and should be located as close as possible to the regulators Ilustraci n 5 6 Circuito limitador de tensi n El circuito realizado una vez soldados los componentes a la placa se puede observar en la ilustraci n 5 7 a onr omi A E n r p m a E m m m
6. de la se al del par y los de alimentaci n e SG son las galgas extensom tricas con las que medimos el par El funcionamiento de las galgas extensom tricas es el siguiente al producirse una deformaci n de torsi n del eje en el que est n colocadas debido al par aplicado stas se deforman a la misma vez que el eje con lo que al deformarse var an su resistencia y al medir esta variaci n de resistencia podemos encontrar una relaci n entre la deformaci n resistencia y el par aplicado e La electr nica en el estator es la que se encarga de encontrar la correspondencia entre la variaci n de resistencia de la galga extensom trica y el par y manda la se al de tensi n para poder registrarla La conexi n de los cables se muestra en la siguiente tabla The firmly connected cable has free ends Green Excitation GND OV Brown Excitation 12 28 VDC Yellow Signal 5 V White Signal GND 0V Netting Shield Tabla 5 2 Tabla resumen del cableado del sensor 66 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 2 1 Medida con el sensor de par Antes de comenzar a medir con el sensor de par hay que esperar unos cinco minutos aproximadamente para empezar a obtener valores reales tiene un periodo de warming up de 5 min Se deber tener en cuenta los siguientes puntos para obtener correctas medidas de dicho sensor e Direcci n de par la direcci n del par determinar la se al enviada Si el par tiene el
7. Antonio Mu oz Jap n Para la parte electr nica o de medida s lo queda instalar los elementos necesarios para recoger la medida que nos indique el sensor Los elementos necesarios ser n una fuente de alimentaci n para alimentar el sensor la tarjeta de adquisici n de datos de Labview que estar instalada en un ordenador donde tendremos la interfaz gr fica del sensor y el circuito limitador de tensi n para proteger al sensor de par En la ilustraci n 5 18 podemos ver el montaje de todos estos componentes mientras que en la ilustraci n 5 19 podemos ver como se divide el cableado del sensor en cableado para su alimentaci n y cableado de se al Alimentaci n del sensor Ilustraci n 5 19 Conexiones del sensor de par 79 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 4 1 Resultados obtenidos del ensayo Se realizaron dos pruebas de ensayo una prueba se realiza con una tara de 60 Nm en la llave dinamom trica y la otra a 80 Nm Las gr ficas provenientes de los datos tomados del ensayo guardados en el archivo x s son las mostradas a continuaci n Prueba 1 del Sensor de Par Hasta 60 Nm Numero de muestras tomadas Ilustraci n 5 20 Prueba 1 del sensor de par hasta 60 Nm En la gr fica mostrada en la ilustraci n 5 20 se aprecia como el sensor mide el m ximo aproximadamente a unos 60 Nm exactamente mide 60 3 Nm que es como estaba tarada la llave dinamom trica En la segunda prueba ver ilustraci
8. OCOCOCODOOODODODODODODOODOCOCOCODOODOCOCDODO Lectura de tensi n proveniente del sensor de par Ilustraci n 5 12 Parte segunda del Flat Sequence Esta parte es la que contiene el programa principal que es diferente para cada elemento En esta parte se leen los valores necesarios a trav s del bus se muestran a trav s de la interfaz gr fica las gr ficas o valores que queremos se hacen las operaciones necesarias y se guardan los valores unos tras otros en el archivo Excel Lo primero que nos encontramos es un bucle While que repite las operaciones que contiene una y otra vez hasta que se pulsa el bot n de STOP En este caso ver ilustraci n 5 12 las operaciones realizadas adem s de la lectura de la tensi n a trav s del b fer consisten en la multiplicaci n para cambiar la tensi n al par correspondiente mediante la regla explicada anteriormente dichos valores de par son recogidos en una gr fica que se muestra a trav s de la interfaz estas dos variables tensi n y par se guardan en sendas variables y a continuaci n se transforman al formato adecuado para su posterior escritura en el archivo Excel 74 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Un ejemplo de tabla de Excel obtenida por el programa Sensor_de_Par avi se puede observar en la ilustraci n 5 13 SENSOR DE PAR 30 09 2011 12 09 53 TENSI N V PAR Nm 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30 9 2011 1 30
9. Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 Sensor de Par 62 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 1 Introducci n Un medidor de par es un dispositivo que mide el par que existe por torsi n en un eje que tiene de entrada y salida los componentes entre los que se quiere medir dicho par y manda una se al el ctrica con los valores recogidos Existen distintos tipos de sensores de par dependiendo de c mo se quiera medir dicho par y de la naturaleza de este Como ejemplos obtenidos de 15 e Siel pares est tico e Siel pares din mico e Medidor de par sobre eje 63 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 2 Sensor de Par DR 2477 Nuestro sensor de par es el Drehmomentsensor Typ DR 2477 mit Kupplung 951 3_1 torque sensor type DR 2477 with coupling 951 3_1 de la marca LORENZ MESSTECHNIK GmbH En las siguientes im genes se muestra el sensor de par usado ilustraci n 5 1 y el montaje realizado con l en nuestra bancada ilustraci n 5 2 Ilustraci n 5 1 Sensor de par Lorenz Ilustraci n 5 2 Montaje del sensor de par 64 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Las especificaciones t cnicas del sensor de par DR 2477 de Lorenz que nos facilita su fabricante en el manual de usuario son 16 TECHNISCHE DATEN SPECIFICATIONS DR 2477 Genauigkeitsklasse Accuracy class v E f 5 Reproduzierbarkeit Repeatability DIN 1319 V
10. ersorgung Excitation voltage V DC Stromaufnahme Current consumption mA Ausgangssignal Output signal Kennwerttoleranz Tolerance of sensitivity Referenztemperatur Reference temperature C Nenntemperaturbereich Nominal temperature range C Gebrauchstemperaturbereich Service temperature range Lagerungstemperaturbereich Storage temperature range C Temp koeff des Kennwertes Temp coeff of sensitivity o v E K f s K Temp koeff des Nullsignals Temp coeff of zero signal v E K f s K Gebrauchsdrehmoment statisch Service torque static v E f 5 Grenzdrehmoment statisch Limit torque static v E f 8 Bruchdrehmoment statisch Ultimate torque static v E f 5 Schwingbreite Bandwidth DIN 50100 Schutzart Level of protection DIN EN 60529 IP50 Elektrischer Anschluss Electrical connection 1 m freien L tenden 1m free soldered ends Tabla 5 1 Caracter sticas t cnicas del sensor de par Las partes que lo conforman son Cable de conexiones Electr nica en el estator d NS a a O TE OZ XA Lado de medida AAA PPEP PEDERI DERE TIT ERES A Lado de conducci n Transformador de SG rotaci n con electr nica Ilustraci n 5 3 Partes que conforman el sensor de par de Lorenz 65 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n e Cable de conexiones es el cable donde est n todos los conductores los
11. iste en una chapa con un tubo hueco soldado donde se introduce la pieza 2 que es una pieza cil ndrica de aluminio con un tratamiento de endurecimiento con el di metro adecuado de 2 cm al que le he dado la forma de una llave de tubo hexagonal de 17 mm En la parte hexagonal de la pieza 2 se introduce la llave de tubo de 17 mm y se une sta a la llave dinamom trica con lo que la parte mec nica de la prueba ya est montada Los materiales usados han sido los que se han podido obtener por cuenta propia por eso no son homog neos Destacar que el trabajo ha sido ntegramente realizado por el alumno desde los taladros a la soldadura pasando por la pieza de aluminio realizada con una esmeriladora En la ilustraci n 5 15 se puede observar la pieza que se atornilla al sensor de par pieza 1 N Ilustraci n 5 15 Pieza de uni n con el sensor de par T1 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n Ilustraci n 5 16 Pieza 2 donde se conecta la llave dinamom trica con forma hexagonal En la ilustraci n 5 16 se puede observar a la pieza 2 Dicha pieza se atornilla a la pieza 1 y se une a una llave de 17 mm con forma hexagonal a la llave dinamom trica En la ilustraci n 5 17 se muestra el montaje completo de todo el sistema mec nico formado por el sensor de par pieza 1 pieza 2 llave de 17 mm y llave dinamom trica Ilustraci n 5 17 Montaje de la parte mec nica 78 Proyecto fin de carrera Juan
12. lem OAIHO YY BOON n 938 20 SOAIHJYY 501 30 VLNY OH YD i AAA AAA AAA AAA a AUDIO ODIO AUD Diagrama de conexiones de la interfaz gr fica del sensor de par Ilustraci n 5 10 I2 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 3 1 Primera parte del Flat Sequence DO0DODODODODODODODODDDODDODDODDODDDDODODDDDODO S aaa aaia L FECHA HORA SENSOR DE PAR O O o Ilustraci n 5 11 Parte primera del Flat Sequence El archivo se guardar en la ruta que le indiquemos en nuestro caso se guardar n en C JAM MEG y como nombre tendr la fecha y la hora del ensayo Como ejemplo de nombre de archivo tenemos 12 7 2011 _12h51m Esta parte es com n para todas las interfaces gr ficas realizadas cambiando solamente los datos que se quieren guardar en el archivo Excel La ruta puede ser la misma o se podr a modificar creando una carpeta para cada elemento con lo que tendr amos los archivos separados por elementos 73 Proyecto fin de carrera Juan Antonio Mu oz Jap n 5 3 2 Segunda parte del Flat Sequence Ez D s En me ENE TENSION BH E FECHA HORA pepa Ez a retorno de carro PAR T pzas E aA t stop F E stopped gt task out Y q error out gt Par Nm 100 a error in a PEET Dz unter oca Multiplicaci n para pasar a Par Pp timeout s Gr fica de Par d CODO DDOODOOOODOCODCOCOOODODCODODODODOOCD
13. t Datos de Sensor de Par O NTR O L Lorenz DR 2477 FUEL CELL CONTROL LAB Medida del Sensor de Par Lorenz DR 2477 La respuesta del Par A es lineal con respecto Z a la tensi n de salida E seg n 2 Par Nm 20 Vo V 5225555 0 04 0 06 0 08 Tiempo Tensi n v STOP po Visualizaci n de la tensi n medida y su Visualizaci n de la variaci n del Bot n para parar la ejecuci n equivalencia en par par con el tiempo del programa Ilustraci n 5 9 interfaz gr fica del sensor de par con las partes m s importantes La interfaz gr fica del sensor de par es muy simple el nico bot n disponible con el que interactuar es el de STOP ver ilustraci n 5 9 con el que detenemos la ejecuci n del programa y el guardado de datos en el archivo Excel El diagrama de conexiones del programa consta de un Flat Sequence de dos partes la primera es la encargada de crear y abrir el archivo de Excel donde se guardar n los datos La segunda parte es donde se leen los datos requeridos y se guardan en el archivo correspondiente La programaci n en Labview M es la que se muestra a continuaci n 71 Juan Antonio Mu oz Jap n Proyecto fin de carrera DO OOOO OOOO OOOO OOOO OOOO OOOO OOOO OOOO OOOO O00o0O A unsua sf o dol DO0D0O00000 00000000 DO ODO ODO OOOO ODO DOC ODO DO OOOO OOOO DODODODOO an 07d AC TOSNIS 1531 130 WYOH A 00033 3i Mg TINON ONISDIY IO

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