Para desenvolver uma estratégia de manutenção eficaz, é essencial um conhecimento profundo da estrutura interna e do princípio de funcionamento dos sensores de torque. Somente sabendo não apenas o que ele faz, mas também por que funciona, a manutenção pode ser direcionada e os riscos potenciais da operação cega podem ser evitados. Existem vários tipos de sensores de torque, mas sua função principal permanece a mesma: detectar o torque torcional em um eixo e convertê-lo em uma saída de sinal elétrico padrão.
Atualmente, os tipos mais utilizados na indústria incluem o tipo extensômetro, o tipo magnetoelástico, o tipo de diferença de fase (magnetostritivo) e o tipo óptico, entre os quais o tipo extensômetro domina devido à sua tecnologia madura, alto custo-efetividade e ampla aplicabilidade. Focaremos nos sensores de torque extensômetros e consideraremos também outros tipos, analisando os requisitos específicos de suas características estruturais para manutenção.
O núcleo de um sensor de torque de extensômetro reside na combinação de um corpo elástico e um extensômetro. O corpo elástico geralmente é feito de aço-liga de alta-resistência ou aço inoxidável, usinado com precisão e tratado termicamente-, possuindo excelentes propriedades elásticas e resistência à fadiga. Um extensômetro de resistência é colado em locais específicos do corpo elástico (geralmente áreas de concentração de tensão) usando um processo de ligação especial. Quando o torque é aplicado ao eixo do sensor, o elastômero sofre uma deformação torcional mínima, fazendo com que os extensômetros colados à sua superfície se estiquem ou comprimam, resultando em uma mudança na resistência.
Esses extensômetros normalmente formam um circuito de ponte de Wheatstone, convertendo a mudança mínima de resistência em uma saída de sinal de tensão de nível-de milivolts. Este processo, aparentemente simples, na verdade impõe exigências extremamente elevadas à integridade da estrutura mecânica, à estabilidade do adesivo e ao equilíbrio do circuito. Qualquer pequeno dano mecânico, envelhecimento do adesivo ou umidade no circuito pode perturbar o equilíbrio da ponte, causando desvio do ponto-zero, diminuição da sensibilidade ou até mesmo distorção do sinal.
Além da unidade de detecção central, os sensores de torque modernos também integram circuitos de condicionamento de sinal, uma rede de compensação de temperatura, dispositivos de proteção contra sobrecarga e uma estrutura de caixa selada. O circuito de condicionamento de sinal amplifica, filtra e converte o sinal da ponte fraca em uma saída analógica padrão (por exemplo, 0-10V, 4-20mA) ou digital (por exemplo, RS485, CANopen, EtherCAT). A rede de compensação de temperatura compensa os efeitos das variações da temperatura ambiente na resistência do extensômetro e no módulo do elastômero, garantindo medições consistentes sob diferentes condições de temperatura. Dispositivos de proteção contra sobrecarga (como blocos de limite mecânico) são projetados para evitar que sobrecarga acidental cause deformação plástica ou fratura do elastômero. A estrutura de vedação da carcaça tem a grande responsabilidade de proteção contra poeira, impermeabilização e proteção contra óleo; sua classificação IP determina diretamente a capacidade de sobrevivência do sensor em ambientes agressivos.
Embora os princípios dos sensores magnetoelásticos ou de diferença de fase sejam diferentes, sua lógica de manutenção é semelhante. Esses sensores utilizam a propriedade de que a permeabilidade dos materiais ferromagnéticos muda sob força ou medem o torque detectando uma pequena diferença de fase entre os eixos de entrada e saída. Eles normalmente não exigem anéis coletores ou coletores de corrente de contato, conseguindo transmissão de sinal sem-contato, possuindo assim vantagens inerentes em resistência ao desgaste e operação-livre de manutenção.
No entanto, isso não significa que possam ignorar completamente a manutenção. A estabilidade do circuito magnético, o desempenho do isolamento da bobina, a limpeza do entreferro e a dissipação de calor da unidade eletrônica também são fatores-chave que afetam sua confiabilidade-a longo prazo. Os sensores ópticos dependem da deformação de grades ou fibras ópticas para detectar o torque e são extremamente sensíveis a poeira, óleo e alinhamento do caminho óptico; portanto, a limpeza e a proteção são particularmente importantes.