¿Se puede atornillar el sensor en el orificio roscado de la máquina como un tornillo?
¿Qué es la “instalación atornillada”? ¿Se puede atornillar un sensor en el orificio roscado de una máquina como si fuera un tornillo?
La respuesta es: absolutamente sí. Este método de instalación es muy común en sensores industriales (incluidos los sensores de fibra de red de Bragg, o sensores FBG) y se conoce como “instalación atornillada o roscada” (Bolted / Threaded Installation).
A continuación, analizaremos en detalle las características técnicas y el proceso de implementación física de este método de instalación desde la perspectiva de los principios físicos y de ingeniería general:
I. Principios Físicos y Mecánicos de la Instalación Atornillada
El diseño y principio de funcionamiento de los sensores atornillados varían considerablemente según la magnitud física medida, dividiéndose principalmente en dos categorías: medición de temperatura y medición de deformación/tensión:
1. Sensor de Temperatura Atornillado (Proceso Físico de Conducción de Calor)
Para sensores de temperatura (como termorresistencias, termopares o sensores de temperatura de fibra de red de Bragg), al encapsularlos en el cuerpo de un tornillo metálico con rosca externa estándar (como especificaciones \text{M6}, \text{M8}, \text{M10} o \text{G1/4}), se pueden atornillar directamente en el orificio roscado de la carcasa de la máquina o la tubería como un tornillo ordinario.
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Acoplamiento por Conducción de Calor: El elemento sensible a la temperatura del sensor (por ejemplo, el punto de medición FBG) suele ubicarse en la punta del tornillo (extremo). Cuando el tornillo se aprieta, el extremo del sensor entra en contacto estrecho con el fondo del orificio a medir o el medio, logrando un rápido equilibrio térmico a través de la excelente conductividad térmica del medio metálico. Su proceso de transferencia de calor cumple con la ley de Fourier de conducción de calor:
Q = \frac{k \cdot A \cdot (T_{\text{objetivo}} - T_{\text{sensor}})}{d}Donde Q es el flujo de calor, k es la conductividad térmica del material, A es el área de contacto y d es la distancia de transferencia de calor.
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Sellado y Resistencia a la Presión: En tuberías de fluidos (como circuitos de aceite o agua), la instalación atornillada, mediante el uso de juntas de sellado (juntas de cobre, arandelas de combinación) o enrollando cinta de teflón, puede proporcionar un sellado a alta presión al tiempo que mide la temperatura.
2. Sensor de Deformación/Tensión Atornillado (Transmisión de Deformación Mecánica)
La medición de deformación es fundamentalmente diferente de la medición de temperatura. La medición de deformación (\varepsilon) requiere que la deformación del objeto medido se transmita sin pérdidas al interior del sensor.
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Un solo tornillo no puede medir deformación directamente: Si el sensor se atornilla en un solo orificio como un tornillo ordinario, cuando la máquina se estira o comprime, debido a que la restricción de un solo punto no tiene diferencia de desplazamiento, el sensor no puede percibir la deformación.
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Anclaje con tornillos en ambos extremos: En la ingeniería práctica, los sensores de deformación atornillados suelen adoptar una estructura de “anclaje en ambos extremos”. El cuerpo del sensor es un tubo (como un tubo de acero inoxidable o una aleación elástica), con tornillos o roscas externas en ambos extremos. Se perforan dos orificios correspondientes en la superficie de la máquina y se roscan, y los dos extremos del sensor se atornillan y aprietan. Cuando el material de la base entre los dos orificios sufre una pequeña deformación \Delta L, la deformación se transmite al sensor:
\varepsilon = \frac{\Delta L}{L}Esto permite una medición precisa de la deformación estructural y las tensiones mecánicas.
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Tornillos Inteligentes (Smart Bolts): Integran elementos sensores como FBG directamente en el núcleo de tornillos de alta resistencia. Cuando el tornillo se aprieta o se somete a carga durante el funcionamiento, su eje se estira, la fibra óptica interna se estira en consecuencia, y la tensión y el estado de carga del tornillo se pueden calcular directamente a partir de la cantidad de desplazamiento de la longitud de onda de reflexión.
II. Soluciones y Productos Relacionados de OFSCN® (Dacheng Yongsheng)
Para lograr una instalación de fijación roscada estable y a largo plazo en máquinas o estructuras, OFSCN® ofrece abrazaderas de montaje de sensores y productos adaptadores dedicados, para evitar los problemas de adhesión propensa al envejecimiento o soldadura in situ inconveniente:
1. Abrazadera de Montaje FBG OFSCN® (OFSCN® Installation Fixture)
Para sensores de red de Bragg de fibra empaquetados en tubo, como el Sensor de Deformación de Fibra de Red de Bragg Empaquetado en Tubo de Aleación OFSCN®, se puede utilizar una Abrazadera de Montaje OFSCN® dedicada para el anclaje mecánico. Esta abrazadera tiene orificios para tornillos y se puede fijar con pernos o tornillos comunes en los orificios roscados preestablecidos de la máquina, y luego sujetar el tubo de acero del sensor en la ranura de la abrazadera. Esto resuelve perfectamente la necesidad rígida de “necesitar fijar el sensor utilizando orificios roscados existentes sin poder soldar o encolar en la superficie de la máquina de precisión.”
A continuación se muestran las abrazaderas de montaje y las estructuras de sensores relacionadas proporcionadas oficialmente por OFSCN®:
2. Aplicaciones de Producto Típicas
Si se realiza una instalación atornillada en equipos rotativos o tuberías específicas:
- Para la medición de temperatura en tuberías de alta temperatura y alta presión, el Sensor de Temperatura de Fibra de Red de Bragg OFSCN® 300°C se puede instalar a través de una funda de tornillo personalizada.
- Si se requiere monitoreo de deformación superficial, se recomienda el uso de la Abrazadera de Montaje OFSCN® con orificios de fijación roscados para un bloqueo alineado en ambos extremos, asegurando la precisión de la calibración de la longitud de onda de deformación y la estabilidad a largo plazo.