Titolo originale: Affidabili misure di coppia "Contacts Free"
      "Occhiello"
      Finalmente, viene consentita la misura di coppie meccaniche su strutture rotanti, svincolando l'acquisizione dalle ben note problematiche legate ai contatti striscianti e ai cuscinetti, la cui assenza annulla l'aspetto manutentivo e di usura del trasduttore; il segnale viene ritrasmesso al sistema stazionario in telemetria su trasmissione infrarossa, ovviando così anche ai tipici problemi di interferenza caratterizzanti analoghi trasduttori con telemetria in FM

      Introduzione
      Innumerevoli settori applicativi necessitano di verificare con affidabilità e sufficiente ripetibilità le prestazioni reali del prodotto finito, ed in tal senso, anche per soddisfare gli ormai consolidati canoni qualitativi indispensabili per una effettiva competitività, sono stati sviluppati sistemi sempre più specializzati per tale compito. L'industria automobilistica ed il suo indotto fanno largo impiego di torsiometri, indispensabili per le verifiche prestazionali e funzionali del prodotto, in quanto tali dispositivi ben soddisfano ad esempio la necessità di rilevare la coppia meccanica sviluppata sull'asse motore (potenza meccanica erogata). Anche lo sviluppo e la progettazione hanno mutato le loro esigenze tecnologiche e quindi anche in sede di realizzazione prototipale o per analisi volte all'ottimizzazione pre-produzione vengono effettivamente richiesti dispositivi e sistemi di rilievo affidabili, e tali da non comportare onerose e complesse installazioni. La tecnologia dei torsiometri si è ovviamente evoluta nel corso degli anni, ma in considerazione dei requisiti industriali sempre più severi e complessi e non sottovalutando la crescente richiesta di sistemi di verifica semplici da preparare, attuare, e manutentare, negli ultimi anni si sono create circostanze commerciali e conoscenze tecnologiche tali da determinare sostanziali cambiamenti nella tecnologia costruttiva e di trasduzione dei torsiometri stessi.

      La tecnologia esistente
      Uno dei classici impieghi del torsiometro, è quello che prevede la sua inserzione in linea tra il dispositivo in verifica (motore) e il carico simulato ad esso applicato (es. freno pneumatico - vedasi Fig. 1).
       


      fig. 1
      Fig. 1


       


      La tecnica di trasduzione è sostanzialmente basata su un "asse" sensibile che viene ad essere meccanicamente interposto tra il carico e la sorgente meccanica (tramite flange o manicotti), sul quale vengono deposti strain gauges solitamente configurati a ponte di Weathstone intero; grazie a questo network sensibile, è possibile rilevare la sollecitazione strutturale agente sul supporto ospite. L'asse sensibile viene a sua volta ospitato in una struttura alla quale è meccanicamente connesso tramite cuscinetti, onde poter ruotare solidalmente con il sistema in verifica. L'impiego di anelli concentrici ("slip rings") collegati a contatti striscianti, consente poi di poter alimentare il ponte sensibile del sensore, prelevando contemporaneamente il segnale di trasduzione (similmente a quanto accade in un motore a c.c.); la soluzione descritta, oltre ad essere penalizzata da una acquisizione di pochi mV operata su contatti striscianti, è caratterizzata da una frequente manutenzione dovuta all'usura , da attuarsi anche a causa della presenza dei cuscinetti. Con lo scopo di ovviare a questi problemi, l'evoluzione tecnologica ha poi proposto sistemi autoalimentati con batterie ricaricabili, capaci di ritrasmettere la misura compiuta come segnale modulato in FM (radiofrequenza), ma anche questi dispositivi presentano alcune importanti limitazioni; le batterie incidono piuttosto significativamente sulle masse in gioco (senza peraltro garantire elevate autonomie operative), e la bontà della ritrasmissione del segnale è comunque condizionata dalla presenza di disturbi parassiti (quasi onnipresenti nelle tipiche applicazioni di questo trasduttore), e non ultimo, da eventuali interazioni con analoghi sensori montati nelle immediate vicinanze. La gamma di torsiometri sviluppata da Sensor Developments Inc., soppianta le precedenti tecnologie, fondamentalmente per due indiscutibili vantaggi; il primo riferibile alla totale assenza di manutenzione, l'altro riconducibile all'indubbia semplificazione dell'interfacciamento tra l'organo in movimento, e il suo sistema stazionario di analisi.

      La nuova tecnologia
      Analizzando nel dettaglio il 01251, si scopre che questo trasduttore è un dispositivo completamente allo stato solido, libero di girare solidalmente con la struttura rotante con cui viene accoppiato, infatti, i cuscinetti e i contatti striscianti sono stati sostituiti da un accoppiamento induttivo con il modulo stazionario (grazie al quale l'elettronica e gli elementi sensibili ospitati nel torsiometro possono essere alimentati), mentre il segnale di trasduzione viene trasmesso al circuito stazionario attraverso un'accoppiamento ottico di diodi led infrarossi (riferirsi alla Fig. 2).

    Fig. 2
    Fig. 2
      L'alimentazione viene infatti ricavata da un autotrasformatore ad elevata frequenza, il cui primario viene avvolto internamente al modulo stazionario, mentre il secondario è ospitato nella struttura del torsiometro; posizionando opportunamente il torsiometro nell'alveo ricavato nel contenitore del modulo stazionario, viene garantito il minimo "traferro" tra i due dispositivi (3 mm circa), tale da consentire il corretto funzionamento dell'autotrasformatore. La tensione alternata disponibile sul secondario nel torsiometro con una portante di 8 kHz, migliora l'immunità ad eventuali disturbi in radiofrequenza, garantendo anche un'innalzamento della dinamica del segnale di trasduzione (fino a 1 kHz); all'interno del torsiometro, questa tensione viene rettificata, filtrata, e quindi applicata alle utenze.

      Il segnale di trasduzione proveniente dalla configurazione di strain gauges sensibili, viene amplificato e condizionato (filtro 1 kHz) da una rete di amplificazione, e quindi convertito quale segnale digitale, con una fedeltà pari a 14 bit; successivamente, il microprocessore provvederà a trasmettere l'informazione al modulo stazionario, (aggiornando la trasmissione 5000 volte al secondo) tramite diodi LED emettitori di infrarossi. Il circuito stazionario riceve l'informazione attraverso un sistema ridondante di fotodiodi infrarossi, i cui segnali digitali vengono confrontati e mediati, e una volta organizzati dal secondo microprocessore possono essere riconvertiti in segnale analogico sempre con una risoluzione di 14 bit, attraverso un opportuno convertitore D/A. Il segnale viene poi amplificato e filtrato, e reso disponibile come segnale in tensione "single ended" (± 5 Vcc), oppure opzionalmente può essere direttamente prelevato quale segnale digitale parallelo sempre a 14 bit (1 khz).

    01251 animato
      Il futuro.....
      Le importanti innovazioni descritte probabilmente già sufficienti nel testimoniare la significativa evoluzione di una disciplina, vengono ulteriormente avvalorate dall'adozione di soluzioni aggiuntive, finalizzate al poter affrontare gli emergenti standard di autocalibrazione e di autoidentificazione richiesti ai trasduttori della prossima generazione; il torsiometro può essere infatti dotato di un modulo di memoria, sul quale vengono ritenute le informazioni che lo caratterizzano. Strumenti di acquisizione e di misura ovviamente predisposti per tale compito, potranno scalizzarsi immediatamente sul campo scala del trasduttore, provvedendo autonomamente anche alla linearizzazione e alla correzione termica della risposta di trasduzione.