Estoy contemplando la construcción de un sensor de fuerza de tracción muy pequeño basado en el siguiente principio: 1) Use retroalimentación posicional a un solenoide lineal para mantener una posición fija cuando el émbolo está bajo tensión, por ejemplo, varíe automáticamente la entrada PWM al solenoide según sea necesario para equilibrar exactamente esa tensión. 2) Determine la fuerza de tracción en función de la entrada requerida para el solenoide.
Primero, avíseme si hay algún problema con el concepto anterior que podría pasar por alto. Me doy cuenta de que probablemente tiene que haber algún tipo de amortiguación para controlar las oscilaciones y optimizar la respuesta de frecuencia del sensor, pero eso es para otro día.
Ahora para la pregunta principal. No he podido localizar un solenoide lineal comercial del tamaño que creo que necesito, así que estoy pensando en fabricar uno desde cero. Este sería un solenoide de ciclo de servicio continuo, y quiero minimizar el consumo de energía requerido para mantener una fuerza de estado estacionario particular (orden 0.01 a 0.1 N).
Mi pensamiento hasta ahora:
1) Para un radio de bobina dado, la fuerza del solenoide F es proporcional al número de vueltas y, por lo tanto, a L * I, donde L es la longitud del conductor e I es la corriente.
2) Para un volumen de bobina dado (excluyendo el interior vacío), la longitud L es inversamente proporcional al cuadrado del diámetro D del conductor.
3) La resistencia R del conductor es proporcional a L / D ^ 2 y, por lo tanto, a 1 / D ^ 4 (de 2).
4) El flujo de corriente es V / R, proporcional a V * D ^ 4.
5) Combinar (4) con (1) y (2) da F proporcional a V * D ^ 2
6) Utilizando (4), la disipación de potencia en estado estable es proporcional a V ^ 2 * D ^ 4.
Lo que (5) y (6) parecen decirme es que, para un voltaje dado, puedo maximizar la fuerza del solenoide Y minimizar el consumo de energía usando el conductor más delgado posible (por ejemplo, 44 AWG) y por lo tanto el mayor número posible de bobinas en un volumen dado.
Me doy cuenta de que la inductancia aumenta con más devanados y, por lo tanto, la respuesta temporal a los cambios de entrada, pero me parece que es probable que solo sea importante si uno está tratando de medir cambios muy rápidos en la fuerza.