Como medir a posição de um cilindro hidráulico ou pneumático

Guia técnico · GUEMISA

As duas famílias de soluções

Sensor integrado no cilindro

Trata-se de uma haste de aço inoxidável que se encaixa em um furo feito ao longo do eixo. Um marcador de posição, geralmente um ímã anular, é colocado no êmbolo. O sensor emite um pulso, lê o instante em que o sinal retorna do marcador e calcula a posição a partir do tempo decorrido. Ele opera com base no princípio da magnetostrição, e nenhuma peça entra em atrito com outra.

A flange do sensor veda o cilindro e suporta a pressão de trabalho, portanto, a haste precisa ser usinada e uma carcaça deve ser instalada na tampa ou na parte inferior. Esta é a solução padrão para máquinas e prensas móveis, onde um sensor externo seria suscetível a impactos, sujeira ou respingos.

Sensor externo

Ele é montado fora do cilindro e acompanha o movimento da haste do pistão. Existem duas variações comuns:

• Sensor potenciométrico com haste ou juntas esféricas. A haste do sensor é fixada ao elemento móvel por juntas esféricas em ambas as extremidades, que absorvem pequenos erros de alinhamento. Ele mede o deslocamento diretamente.
• Por meio de um cabo de aço. Um cabo de aço enrolado em um tambor é conectado ao elemento móvel. Isso permite longos cursos e tolera algum desalinhamento, mas o cabo deve permanecer esticado e protegido.

Esses sensores não precisam suportar pressão de fluido, portanto não afetam o projeto do cilindro e podem ser adicionados a um cilindro já existente.

Critérios para escolha

Pressão de trabalho

Isso se aplica somente ao sensor integrado. A pressão máxima do circuito, incluindo picos, deve ser comparada com a pressão de trabalho e os picos admissíveis do sensor. O Novotechnik TH1 tem uma pressão de trabalho de 350 bar, picos de até 600 bar e uma pressão de ruptura superior a 700 bar. O TM1 tem uma pressão de trabalho de 350 bar e picos de até 450 bar. Em sistemas pneumáticos, com pressões de alguns bar, essa condição deixa de ser relevante.

Carreira

A faixa de medição elétrica do sensor deve abranger o curso do cilindro. As fichas técnicas fornecem as seguintes faixas: o sensor TH1 abrange de 50 a 4250 mm, o TM1 de 50 a 2000 mm, os sensores potenciométricos TX2 com juntas esféricas de 25 a 300 mm e o LWX-003 de 50 a 750 mm, enquanto os sensores de fio cobrem de 1000 a 4000 mm no modelo HPS-M. Com um sensor integrado, é importante observar que o indicador não alcança as extremidades da haste; as zonas mortas são indicadas na ficha técnica do modelo.

Tipo de sinal de saída

O resultado depende da leitura do controlador:

• Tensão analógica ou 4…20 mA, para um CLP com entradas analógicas. No TH1, são 0,1…10 V ou 4…20 mA.
• Barramento de campo para controlador de máquinas móveis. O TM1 está disponível com CANopen (perfil DS-406) e com SAE J1939.
• Divisor de tensão em potenciômetros: o controle ou condicionador converte a relação de tensão em posição.

Proteção da propriedade intelectual e meio ambiente

Como o sensor externo é visível, sua proteção é ainda mais importante. Os modelos TX2 e LWX-003 possuem classificação IP67, o LWG IP65 e o TEX IP54. Dos sensores integrados, o TH1 possui IP67 com conector e IP68 com cabo, enquanto o TM1 possui IP67 e IP69 quando utilizado com o sistema de conector M12 montado no cilindro. A temperatura de operação do TH1 varia de -40 °C a +85 °C, e a do TM1, de -40 °C a +105 °C (de -40 °C a +85 °C com o sistema de conector M12).

Vida e desgaste

O sensor magnetoestritivo é sem contato e possui vida útil mecânica ilimitada, de acordo com as fichas técnicas dos modelos TH1 e TM1. Os potenciômetros possuem um cursor em uma trilha, com vida útil de até 50 milhões de movimentos nos modelos TX2 e LWX-003, dependendo da aplicação.

Tabela comparativa

Como decidir na prática

• Se o cilindro for hidráulico, ele pode ser usinado e o sensor ficará sujeito a choques ou sujeira; por isso, recomenda-se um sensor magnetostritivo integrado.
• Se o cilindro já estiver fabricado ou o curso for curto, um potenciômetro com juntas esféricas é instalado sem tocar no cilindro.
• Se o curso for longo e não for desejada usinagem, o sensor de fio resolve a medição com uma montagem simples.
• Se o sinal for para um controlador móvel, você precisa procurar a versão com barramento de campo (fieldbus).

Aspectos de instalação a considerar

Em sensores com juntas esféricas, o eixo do sensor deve ser paralelo ao do cilindro; as juntas esféricas toleram uma rotação de até ±12,5°, mas o desalinhamento causará desgaste no cursor. Para circuitos integrados, a junta do flange e a rosca de montagem devem ser verificadas: o TH1 utiliza M18x1,5 de acordo com a norma ISO 6149 ou 3/4″-16UNF de acordo com a norma SAE J475. Em todos os casos, o cabo blindado e o aterramento da blindagem evitam interferências, especialmente em máquinas com motores proporcionais e válvulas.

Quais produtos da GUEMISA são uma boa opção?

Mais opções nas categorias de transdutores magnetoestritivos, sensores lineares potenciométricos e sensores de fio.

Documentação e casos relacionados

• Sensores de posição e deslocamento (relatório, PDF)
• Catálogo Novotechnik: Sensores de Posição (PDF)
• LVDT: O que é e como funciona (PDF)
• Todas as informações técnicas sobre GUEMISA

Perguntas frequentes

É possível instalar um sensor magnetostritivo em um cilindro pré-fabricado?

Somente se a haste puder ser perfurada e a tampa tiver espaço para o flange. Um sensor externo é mais prático para um cilindro fechado e sem furos.

Que pressão um sensor integrado pode suportar?

Depende do modelo. O Novotechnik TH1 suporta pressão de operação de 350 bar e pressão máxima de 600 bar; o TM1, 350 bar e pressão máxima de 450 bar. Sempre compare com a pressão máxima do circuito.

O mesmo sensor é adequado para um cilindro pneumático?

Sim, a pressão pneumática é muito inferior aos limites desses sensores. Em pneumática, o espaço e o curso geralmente determinam o desempenho do sensor, e sensores externos são comuns.

Qual saída devo escolher para um CLP?

Uma saída de 4…20 mA ou 0…10 V se o CLP tiver entradas analógicas; um barramento como CANopen ou J1939 se o controlador for um controlador de máquina móvel.

O que acontece se o sensor externo não estiver alinhado?

As juntas esféricas absorvem pequenos erros, até um ângulo de ±12,5° nos modelos Novotechnik com juntas esféricas, mas um desalinhamento maior gera tensão lateral e desgaste prematuro.