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Il a été présenté aux concepteurs de machines une nouvelle technologie significative pour la mesure de la puissance des arbres d’entraînement et des autres éléments de machines en rotation, après le lancement de la série RWT310/320 des couplemètres rotatifs TorqSense par les développeurs de Sensor Technology Ltd.
Contrairement aux transducteurs traditionnels à bague coulissante, les unités RWT utilisent une technique de mesure simple sans contact d’un couple de fréquences radio (RF) pour l’alimentation et la transmission du signal. Ceci signifie que la mécanique des unités est simple, ce qui permet d’envisager une redéfinition complète des attentes des constructeurs de machine et des automaticiens, qui jusqu’ici ont dû dépenser un temps et des sommes considérables afin d’obtenir les indications de couple exactes indispensables à une commande précise des machines et au suivi de la production.
Leur électronique intégrée comporte des sorties pour le couple, la vitesse, la puissance et l’angle. Le RWT310 offre des sorties analogiques et le RWT320 offre des sorties analogiques et numériques, qui sont directement compatibles avec des interfaces de PC séries et USB, les niveaux des signaux étant programmables par l’utilisateur. Parmi d’autres caractéristiques innovantes, on trouve un échantillonnage de couple crête intégré, l’enregistrement du couple, le calcul de sa moyenne et un ensemble de tests d’autodiagnostic. Le RWT310 et RWT320 peuvent tous deux fonctionner sur une plage de tensions d’alimentation étendue.
Pour créer le fonctionnement sans contact qui rend la gamme de transducteurs TorqSense unique, des dispositifs SAW (surface acoustic waves, ondes acoustiques de surface) servent de jauges de contrainte dépendantes de la fréquence pour mesurer le changement de fréquence de la résonance provoqué par la contrainte appliquée à l’arbre d’entraînement. Cette mesure est directement liée au couple appliqué à l’élément de machine en rotation.
Dans la pratique, les dispositifs SAW sont montés sur l’arbre et leurs signaux de sortie sont transmis par un couple de fréquences radio (RF) de faible puissance à un collecteur proche, qui interprète les signaux et les convertit en mesure de couple affichée ou envoyée à un PC pour un traitement plus poussé.
Dans un capteur SAW, les ondes de surface sont produites en appliquant une tension alternative aux bornes de deux matrices entrelacées en forme de peigne reposant à l’extrémité d’un substrat piézoélectrique. Une matrice de réception disposée à l’autre extrémité du transducteur convertit les ondes en signal électrique.
La fréquence des ondes dépend de l’espacement des dents de la matrice, leur propagation se fait perpendiculairement à celles-ci. Ainsi, toute variation de la longueur des ondes, provoquée par les forces dynamiques de la rotation de l’arbre, modifie l’espacement des dents et par conséquent la fréquence opératoire. Une tension appliquée au transducteur réduit la fréquence opératoire et une compression l’augmente.
Pour mesurer le couple d’un arbre tournant, on colle sur celui-ci deux capteurs SAW, inclinés de 45° par rapport à l’axe de rotation. Quand l’arbre est soumis au couple, un signal est produit puis transmis au collecteur statique proche via les couples capacitifs RF comportant deux disques dont l’un tourne avec l’arbre et l’autre est fixe.
L’oscillation utilisée a typiquement une fréquence de 200MHz.
Le concept basé sur la fréquence du TorqSense donne une bande passante étendue et la sensibilité aux interférences électroniques, habituelle pour les autres techniques analogiques telles que les dispositifs inductifs, est éliminée.
Le TorqSense utilisant le concept SAW a été développé, déposé et breveté par les jumeaux Anthony et Bryan Lonsdale, fondateurs et directeurs de Sensor Technology. Ils disposent d’une gamme de transducteurs SAW depuis environ cinq ans, mais ceux-ci étaient virtuellement fabriqués à la main et leur électronique était séparée de la tête collectrice.
Bryan commente: “Nos anciens modèles ont été conçus pour être robustes et simples, dans l’utilisation comme dans la fabrication. C’était indispensable pour plaire aux utilisateurs de secteurs très divers, qui nous ont fait le plaisir d’essayer notre nouvelle technologie radicale mais qui ont pu être rebutés par un équipement délicat ou complexe à manipuler.
Avec un concept à présent éprouvé sur le terrain par les constructeurs de machines, les entreprises de transformation et les laboratoires commerciaux, nous sommes passés au développement des séries RWT310/320, pour lesquelles nous avons intégré l’électronique et la collecte dans un appareil unique et avons tout conçu en vue de la fabrication en série.
Les TorqSense séries RWT310/320 seront disponibles pour une déviation totale de 1Nm à 20Nm, d’autres dimensions suivront avec des plages allant jusqu’à 10,000Nm.
“Notre séquence d’introduction des variantes dépendra de la demande du marché, mais nous nous engageons à disposer de la gamme complète vers la fin de 2004.”
