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A medição de torque pode ser direta, com o sensor fixado entre o eixo do motor e da carga, ou indireta, com o sensor fixado entre o motor e a sua base ou entre a carga e a sua base. Na medição indireta, o sensor mede a força de reação ao torque.
Na medição indireta, dependendo da construção e da disposição física do sensor, a força de reação poderá ser igual ao torque, mas deve-se compensar as outras forças eventualmente presentes sobre o sensor (peso, esforços de fixação). Na medição do torque dinâmico, a construção poderá influir na resposta em frequência do sensor, devido às massas e momentos de inércia presentes. Podendo-se esperar erros quando o sistema não estiver com rotação constante. Por outro lado, a medição indireta é mais facilmente realizável.
A medição direta é de realização mais complexa, pois o sensor gira, fixado no eixo entre o motor e a carga. Mas é o método que fornece a medição mais representativa. Uma das dificuldades da medição direta, se for utilizada uma célula de carga, é como interligar os fios do sensor.
Pensando em realizar a medição direta, gostaria de propor um tipo de sensor simples, composto de um eixo de aço fino (em torno de 1/8") com comprimento em torno de 20 mm, conectando o motor à carga.
Como se sabe, ao submeter um eixo de aço a um certo torque, de baixa intensidade, será gerada uma torção do eixo proporcional ao torque.
Em cada extremidade desse eixo, é fixado um disco ranhurado (com 50 ranhuras). Em cada disco é colocado um sensor ótico, que gera um trem de pulsos correspondente a passagem de cada ranhura, com o disco em rotação. Quando o sistema esta em rotação e o eixo não sofre nenhum torque, os sinais dos sensores terão uma certa defasagem, de referência, chamada de "zero do sensor". Quando o eixo for submetido a algum torque, haverá uma torção do eixo, que vai ocasionar a defasagem entre os sinais dos dois sensores.
Fiz alguns cálculos com um eixo cilindrico de aço de 1/8', submetido a um torque de 0,4N.m acoplado a dois discos de 50 ranhuras e obtive o seguinte:
Torção de Barra Cilindrica:
Diâmetro da barra (m) 0,003
Comprimento da barra (m) 0,02
Torque (Nxm) 0,4
Momento de inércia polar (m4) 7,95216E-12
Módulo de Young (N/m2) 2,00E+11
Tensão máxima (N/m2) 5,03E+10
Ângulo de torção (graus) 0,29
Discos Ranhurados:
Ranhuras dos discos 50
Defasagem do sinal (graus) 14,410
Um ângulo de 14 graus é de medição trivial, pelas técnicas disponíveis atualmente. Sendo facilmente realizável eletronicamente, através de circuitos analógicos e/ou digitais. Esta defasagem também aumenta proporcionalmente com a quantidade de ranhuras. Concluindo, pode-se construir um sensor dinâmico sem sensores fixado entre os eixos, que poderá ter um bom desempenho.
Este sensor, do modo que foi idealizado, não mede o torque estático. Mas para isso, pode-se utilizar uma célula de carga, medindo o torque indiretamente, com os devidos cuidados.
Estou pensando um montar algo desse gênero, pelo menos para testar o conceito, alguém mais se interessaria?
