TORQUÍMETRO PARA MOTORES ULTRA-SÔNICOS

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1 ORQUÍMRO PARA MOORS ULRA-SÔNCOS N Ninto rik Grt Adolfo Go Mrto * Univridd tdul Pulit Júlio d Mquit Filho Fuldd d ngnhri d Gurtingutá Univridd tdul d Cpin UNCAMP * Fuldd d ngnhri Mâni Ruo t trlho prnt o dnvolvinto d u torquítro pr dir torqu pquno d otor o pou potêni vloidd pqun, oo d otor ultr-ônio. São prntdo vário tipo d torquítro, drvndo u vntgn dvntgn, o i dtlh o torquítro dnvolvido. torquítro é opoto por u uport poido trvé d doi pr d ol rud. tnôtro ão olodo n uprfíi d d ol pr dir dforçõ por ol. O torqu é luldo trvé d rlção ntr dforçõ d ol. Plvr-hv: torquítro, dição, tt, otor ultr-ônio, tnôtro, ol rud. NRODUÇÃO A initurição d quipnto tá d v i intn. Motor i opto o rtríti onhid ão nário. São pquno otor qu poiilit o onforto no otidino, oo o utilido quipnto d ionnto roto. O otor ultr-ônio vê ndo tuddo oo poívi utituto d otor ltrognétio onvnioni, por plo. otor tê u ontrução ipl, ão opto, produ u torqu lto rlção à qu pou, o u vloidd rduid, lé d tudo io, ão ilnioo. Vário tipo d otor ão prntdo por Mrto, 997. Bint funion trvé d u trutur virndo o frqüêni i d udívl ontto o outr trutur, grlnt ttor rotor rptivnt. O dlonto líptio grdo pl virção forç d trito no ontto ovint o rotor, fndo o otor funionr. Pr dir rtríti d otor, ou d outro o pqun dinõ, é nário u torquítro p d dir dd pquno torqu vloidd. O torquítro prntdo nt trlho for diutido dtlh por Grt, 997. Aqui ão orddo prinípio d funionnto, vntgn dvntgn do guint torquítro: orquítro por ião rpção d lr, orquítro por intnidd luino, orquítro por rnfordor Difrnil d Vriávl Linr, orquítro por tnôtro, orquítro por fi d ol rud. Pr dir o torqu d otor ultr-ônio foi projtdo u torquítro por fi d ol, ujo dinionnto, té, ão prntdo.

2 . PRNCÍPOS D MDÇÃO orquítro por ião rpção d lr GLVFRÃ$ GLVFRÃ% 7 FRQGXWRUÃ yswlfr DUUDÃGHÃWRUoR URWDWLYD 7 UHFHSWRUÃ$ GLRGRÃGH ODVHU UHFHSWRUÃ% % $ W GHWHWRUÃGH W GHDVDPHQWR VLQDOÃGHÃPHGLoR WRUXH Figur : orquítro por ião rpção d lr torquítro é opoto por doi dio pro o io, u diodo, doi rptor d rio lr u dttor d dfnto, oo prntdo n figur. A uprfíi ilíndri d d dio é gntd ltrndnt pl or rno prto. U diodo d rio lr it lu ontr o gnto dnhdo no ilindro. Qundo o io tá girndo, d rptor pr rflão d lu inidnt no ilindro pulo gr u inl létrio o frqüêni do pulo. U dttor d dfnto indi difrnç d f itnt ntr o doi ini létrio. S não houvr torqu ntr o dio, o ini trão f. Hvndo torqu, itirá u difrnç d f proporionl à intnidd do torqu. A ontrução d torquítro ig pouo oponnt é ipl. Oup pouo pço. Co intrunto é poívl dir torqu vloidd ngulr intrfrêni d forç d ontto. Poré não é poívl dir o torqu o o otor trvdo. O tnho d dfg dpnd d vloidd ngulr. orquítro por intnidd luino Figur : orquítro por intnidd luino Doi dio trnprnt gntdo rdilnt onjunto o u diodo luinoo, u élul fotolétri u didor d voltg opõ torquítro, oo otr figur. Qundo o io gir, u prl d lu itid plo diodo é ntid pl élul fotolétri. A intnidd luino prid pl élul fotolétri é d 50% qundo não há torqu. N prnç d torqu, intnidd luino vri, dvido o ovinto rltivo ntr o dio. A intnidd luino vri pr i ou no dpndndo do ntido do torqu. A élul fotolétri trnfor intnidd luino nu inl létrio o

3 voltg proporionl à intnidd d luinoidd. Co u didor d voltg é poívl dir o torqu oido à vrição d luinoidd. rt- d u intrunto opto, ipl d io prço. No ntnto, poui lt niilidd, poi élul fotolétri rgitr dirtnt, d for proporionl, intnidd do torqu nidd d ontto. Não dpnd d vloidd ngulr. A liitção dt torquítro é qundo o io tá trvdo, poi não rpond. orquítro por rnfordor Difrnil d Vriávl Linr Figur 3: orquítro por trnfordor difrnil d vriávl linr torquítro utili u prinípio ltrognétio onhido oo trnfordor difrnil d vriávl linr, inglê: Linr Vril Difrntil rnfor, ou rvido por LVD. A figur 3 prnt u oin priári du undári nrold ht táli fi o io. A ht d oin priári tá qüiditnt ntr ht d undári. Aplindo- u torqu, oin priári firá i prói d u d oin undári. Dt for, u oin undári trnforrá tnão nu inl ior ou nor do qu o inl trnfordo pl outr oin undári. A difrnç d voltg ntr o doi ini é proporionl o torqu plido o io. Apr d r u intrunto d lt niilidd, é uito opl ontg ltrôni gnéti. Não prit dir o torqu qundo há vloidd ngulr orquítro por tnôtro O ruro utilido pr dir torqu n intrunto é tnôtri. Qutro tnôtro ão oldo o io, oo prntdo n figur 4. Pr pritir dição qundo o io gir à u vloidd ngulr, o ini ão oltdo por u nio d ov. O tnôtro for u pont d ritêni létri quilird, ou pont d Whtton. O ini ão plifido filtrdo. Figur 4: orquítro por tnôtro létrio

4 Qundo o io tá utido lgu torqu oorr dforçõ o longo do io. A dforçõ u vriçõ proporioni d ritêni létri no tnôtro. vriçõ d ritêni dquilir pont d Whtton. A difrnç d potnil provod plo quilírio é proporionl o torqu. A rpot d intrunto é rápid. A dição do torqu indpnd d dirção d rotção d vloidd ngulr. Poré o nio d ov intrfr n dição finl. U plifidor d orrnt ontínu é nário pr untr o inl d dição pr torqu pquno é uito difíil filtrr o inl do ruído. orquítro por fi d ol rud d doi Figur 5: orquítro por fi d ol rud N torquítro, u uport é poido por u onjunto d 4 ol, oo prntdo n figur 5. A linh d itri do uport p pl intrçõ do prolongnto d linh d ção d ol. d ol é oldo u tnôtro. O tnôtro ão ligdo for d pont d Whtton quilird. Qundo u io poido por uport é utido u torqu, ol flt d for difrnt. A dforção provod por d ol vri ritêni létri do tnôtro. O dquilírio provodo n pont d Whtton gr u voltg proporionl o torqu. intrunto rpond d for rápid. A dição é proporionl à tnão produid n ol indpnd d vloidd ngulr do io. Não it influêni do ontto n did. O inl é uito pquno nit d u plifidor d orrnt ontínu. Qundo o torqu é uito pquno é uito difíil filtrr o inl d prturçõ trn. 3. ORQUÍMRO PARA O MOOR ULRA-SÔNCO Motor ultr-ônio produ torqu o o io trvdo. Su dpnho dpnd d vloidd ngulr, qu é pqun. São otor opto, i o intrunto d dição, dv r opto ou trno o otor. D for, olhu- o torquítro por fi d ol. Pr qu o intrunto tnh u o niilidd é nário dinionr ol d poio do uport. Dinionnto d ol

5 A ol utilid no orquítro por Fi d Mol, FM, ão igui. São ol pln d for rtngulr. O intrunto t qu tr o niilidd, poi fi d grnd d torqu qu vi r did é pqun. Portnto é nário otr u rlção ntr o oprinto,, lrgur,, pur, h, d ol função do tipo d oliitção qu vão tr. ondo oo ojtivo otr o oprinto d ol,, função d u outr dinõ, h. A tl prnt dinõ prliinr pr lulr o oprinto d ol. Rorr- u hp d pur, h, o propridd d láti onhid. Loli- ol rlção o io d itri do otor, oo poição d ol. pifi- o tnôtro o nitividd djd u ftor d proporionlidd. Liit- o torqu áio por u torqu qu produ u ângulo d torção,. l : Prâtro pr lulr o oprinto., d ol tril d ol ódulo d ltiidd do tril,0690 N/ Dinão iniil pur h 0,53 rço d lvn do uport 50 ditâni d tridd d ol o ntro do tnôtro 5 quntidd d ol n 4 ftor do tnôtro k, rlção d tnõ d pont d Whtton /U 0,00 torqu d rg N ângulo d torção áio -0,5-8,70-3 rd O ldo qurdo d figur 6 otr dforção d u pr d ol rud pl ção do torqu d rg,, no uport plno, A or in r for d ol qundo 0 N. O ldo dirito quti forç o torqu qu ão grdo qundo o torqu d rg é utdo. O.: A forç, F vr F hr ão forç d poio. D ondição d quilírio tátio, oté- quçõ, 3: 0 + n + n F 0 F F y n 0 F n 45 + F o45 + F 0 hr n 0 F o45 + F n 45 F 0 hr vr vr 3 Figur 6: Forç torqu n ol rud Pr rolvr t it d quçõ é nário lulr rlção ntr forç, F, o torqu,, qu u flão n ol. o é rprntdo n figur 7.

6 Figur 7: Flão d ol O onto,,dvido forç, F,é ddo pl qução 4 F 4 A qução 5, prnt dlonto ngulr,, ud por forç, ndo qu o onto d inéri rlção,, é pro pl qução 6: F d F h 6 O onto,, udo plo torqu,, prntdo pl qução 7, poui u dlonto ngulr pro pl qução 8: 7 d 0 8 A rlção ntr F é otid trvé d dição do ângulo d flão, oo prntdo n qução 9: F 9 A forç, F, é luld trvé d qução 9 do it d quçõ, 3, rultndo prão 0: + + n n F 0 O oprinto d ol,, é luldo trvé d rlção ntr dforção tnõ âni n ol, oo té d rlção ntr dforção difrnç d potnil létri djd no dquilírio d pont d Whtton, pr pl qução. A tnão âni função do potnil létrio é prntd pl prão

7 σ σ ε o ε k U U k U Conhndo tnão dvido o onto d flão, dd pl qução 3, linh nutr d hp pr por 4, o onto d flão ddo por 5 σ f 3 h f F 5 oté- o oprinto d ol djdo pro por 6 h 3 k h n 3 U n k h ± U k h 4. RSULADOS OBDOS n + n 3 h U k h n 4 n U k h n 6 3 h Doi tipo d ol for luldo utilindo o o tril, poré o lrgur difrnt. O rultdo ão prntdo n tl. l : Prinipi dinõ d ol ipo d ol Lrgur [] Coprinto [] 6,0 5,4 7,0 8, A urv d rpot tóri do torquítro foi lvntd prtir d quçõ. O torqu prdo função d difrnç d potnil prntd n pont é pro pl qução h k U O torquítro foi lirdo utilindo pdrõ pr u rço quilirdo. t rço foi ontruído luivnt pr lirr o torquítro. l é opldo o torquítro no o lugr d fição do otor ultr-ônio, d tl nir não rntr onto o io d itri. O rço é grdudo pr fornr did do torqu pdrão o ior prião. A urv d lirção utilindo o grupo d ol o oprinto d 7 [] é prntd pl figur

8 .8 Curv d liro do torquitro printl tori.6.4 orqu [ N*] no [ V ] Figur 8: Curv d lirção do torquítro pr otor ultr-ônio 5. CONCLUSÃO t trlho prntou torquítro pr otor d i potêni. ndo vit urv rtríti d u otor ultr-ônio, optou- plo torquítro por fi d ol rud. t torquítro é p d dir o oportnto do otor divr ondiçõ. Dd o otor intirnt trvdo té totlnt livr. Pr ontrução dt torquítro, dinionou- ol pr tndr u fi d torqu prd plo otor. A urv d lirção prnt o oportnto do torquítro dntro d fi prd. Oorru u rro proporionl o fundo d l d 5%. t rro não oprot diçõ. 6. BBLOGRAFA Blutuüllr, Krlhin: tudo d plição d doi orquítro óptio pr diçõ dinâi, ntituto nológio d Aronáuti, São Joé do Cpo-SP, 97 Foktt, Rogr; 968: orqu Muring rndur, ntrunt & Control Syt v. 4, p Dolin,.; 990 Murnt Syt: Applition nd Dign, MCGrw-Hill Pulihing Copny, 99 p. Figliol, R.; Bly, D.; 994 hory nd Dign for Mhnil Murnt, Portnd: John Wily & Son, 64 p.. Grt,.; 997 rvlling-wv Ultroni Motor Drição do prinípio d ionnto projto d u nd d tt Gurtingutá: Univridd tdul d São Pulo UNSP rlho d Grdução, 47p. Mrto, A. G., 997 Motor ultr-ônio: prinípio d funionnto rtríti Gurtingutá, Dirtção d Mtrdo UNSP Gurtingutá. 45 p. Phl, G.; Bit, W.; 993 Kontruktionlhr: Mthodn und Anwndung, Springr- Vrlg. rylinki, W.; 97 Fin hni nd priion intrunt. Prgon Pr, Oford, 55 p.