Medir la temperatura en piezas giratorias con termopares y un anillo colector en extremo de árbol
En resumen
Los termopares se fijan a la pieza giratoria y se conectan a un anillo colector montado en el extremo del árbol. El rotor del anillo colector recoge los cables de los sensores, y el estator va hacia el registrador. Un amplificador del lado rotativo convierte la señal en milivoltios a 10 mV/°C antes de que cruce los contactos. El ensayo se realiza en un banco dinamométrico de motor o en el vehículo: apoyos del cigüeñal bajo carga, un compresor de aire acondicionado en funcionamiento, discos de freno durante la frenada.
- 4 a 36
- canales en los anillos colectores en extremo de árbol de las series S y SR
- 12 000 rpm
- velocidad estándar de la serie S
- 10 mV/°C
- salida de los amplificadores AMP-TC-M1 y AMP-TCN-X2 en el rotor
Cadena de medida
Un termopar sobre una pieza giratoria gira con ella, y sus cables no pueden ir directamente a un registrador. Un anillo colector establece el enlace: su rotor gira con el árbol y lleva los cables de los sensores, unas escobillas fijas en el estator se apoyan en sus pistas, y el estator entrega las señales al sistema de adquisición de datos. Los cables de los sensores discurren por la superficie del árbol o por su interior, a través de una ranura mecanizada en el extremo del árbol o mediante un adaptador.
Una señal de termopar sin amplificar está en el rango del milivoltio, y las pistas y las escobillas no son aleaciones de termopar: un gradiente de temperatura en los contactos añade un error. Un amplificador del lado rotativo, entre los termopares y el anillo colector, realiza la compensación de unión fría y envía una tensión de alto nivel a través de los contactos, que el gradiente y las interferencias no pueden afectar.
Instrumentación
| Anillo colector, de 4 a 10 canales | Serie S en extremo de árbol, dos tornillos, 12 000 rpm en estándar, 20 000 rpm opcional, 500 mA por canal, −40 a 121 °C |
|---|---|
| Cuando el espacio axial es limitado | Serie S corta, de 4 a 10 canales, desde 22,15 mm de longitud, 12 000 rpm; algunos modelos incorporan los amplificadores de termopares en el rotor |
| Anillo colector, de 10 a 36 canales | Serie SR, 500 mA por canal, 250 mA en el SR36; 12 000 rpm en el SR10M, 4 000 rpm en el SR20M, 2 400 rpm en el SR36M; versiones estancas W o B |
| Amplificador sobre la pieza | AMP-TC-M1, de 1 a 3 termopares de tipo E, J, K o T, 10 mV/°C, ± 10 V, adherido, encapsulado o sujeto con abrazadera |
| Amplificador en el rotor | AMP-TCN-X2, 1 a 9 canales por módulo, con compensación de unión fría, 10 mV/°C, se monta en el rotor de un anillo colector de la serie SR |
| Contactos | pistas y escobillas en metales preciosos, ruido de cresta de 0,1 Ω; bornas de soldadura identificadas por colores; rodamientos lubricados de por vida |
Procedimiento
- 01
Fijar los termopares en la pieza
En los puntos que hay que vigilar, cerca de un rodamiento, en el compresor o en el disco de freno.
- 02
Guiar los cables hacia el anillo colector
Por la superficie del árbol o por su diámetro interior, hasta las bornas del rotor del anillo colector montado en el extremo del árbol.
Anillos colectores en extremo de eje serie S - 03
Amplificar en el lado rotativo
Un AMP-TC-M1 fijado a la pieza, o un AMP-TCN-X2 en el rotor de un anillo colector de la serie SR, entre los termopares y las pistas.
Amplificador de termopar AMP-TC-M1 - 04
Registrar desde el estator
El estator se conecta al sistema de adquisición de datos. La señal se transmite mientras la pieza gira bajo carga.
Cigüeñal, compresor, frenos
En un banco dinamométrico de motor, el anillo colector se monta en el morro del cigüeñal y los cables de los termopares se guían desde los apoyos del cigüeñal hasta él. La medición muestra si los apoyos se sobrecalientan con una carga elevada del motor.
En un compresor de aire acondicionado, los termopares se guían hacia un anillo colector en el extremo del árbol montado en la polea del compresor. El compresor es accionado por el motor; por lo tanto, la medición se realiza con el motor en marcha, en el banco dinamométrico o en circulación normal.
Para los frenos, los termopares se fijan al disco o al buje y se guían hacia un anillo colector montado hacia el exterior de la rueda del vehículo, donde las conexiones permanecen fácilmente accesibles.
Resultado
La temperatura de la propia pieza giratoria, registrada mientras funciona: un apoyo bajo carga de motor, un compresor en marcha, un disco durante la frenada. El mismo anillo colector y el mismo amplificador sirven en el banco dinamométrico y en el vehículo; la serie SR existe en versiones estancas para carretera.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se conecta un termopar en un árbol giratorio a un registrador?
Mediante un anillo colector en el extremo del árbol. Los cables del termopar van a sus bornas de rotor, y el estator se conecta al sistema de adquisición de datos.
¿Conviene amplificar una señal de termopar antes del anillo colector?
Un amplificador en el lado giratorio lo convierte en 10 mV/°C antes de que cruce los contactos, lo que elimina el error debido al gradiente de temperatura a través del anillo colector y a las perturbaciones.
¿Cuántos termopares se pueden amplificar en el lado rotativo?
De uno a tres con un AMP-TC-M1 fijado a la pieza, de uno a nueve por módulo con un AMP-TCN-X2 en el rotor de un anillo colector de la serie SR.
¿Cómo se mide la temperatura de un disco de freno en el vehículo?
Los termopares se fijan al disco o al buje y se conducen hacia un anillo colector montado hacia el exterior de la rueda del vehículo.
Aplicaciones similares
Todas las aplicaciones-
Eléctrico Temperatura en los vehículos eléctricos Temperaturas en las piezas giratorias de un motor eléctrico, transmitidas por un anillo colector con amplificadores en su rotor. -
Motor Medidas en cigüeñal Par, flexión y deformación sobre el cigüeñal de serie, con el motor en marcha, en el vehículo o en el banco dinamométrico. -
Turbinas Álabes de ventiladores y turbinas Deformaciones y temperaturas en numerosos puntos de los álabes, registradas simultáneamente durante la rotación del rotor.