傳感器百科

扭矩傳感器的原理及應用范圍

時間：2024/9/14 9:26:03 作者：徽力智點擊：次

扭矩傳感器在旋轉動力系統中最頻繁涉及到的參數，旋轉扭矩,為了檢測旋轉扭矩傳統使用較多的是扭轉角相位差式傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當彈性軸旋轉時，這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優點：實現了轉矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數字信號；缺點：體積較大，不易安裝，低轉速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較，因此低速性能不理想。

扭矩測試比較成熟的檢測手段為應變電測技術，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優點。將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應變橋，若向應變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號。這就是基本的扭矩傳感器模式。但是在旋轉動力傳遞系統中，最棘手的問題是旋轉體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何可靠地在旋轉部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環來完成。

   由于導電滑環屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發熱，因而限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命。及由于接觸不可靠引起信號波動，因而造成測量誤差大甚至測量不成功。為了克服導電滑環的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法 :將扭矩應變信號在旋轉軸上放大并進行V/F轉換成頻率信號，通過載波調制用無線電發射的方法從旋轉軸上發射至軸外，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉軸受扭的信號。

    旋轉軸上的能源供應是固定在旋轉軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環的兩項缺陷，但也存在著3個不足之處：第1，易受使用現場電磁波的干擾；第2，由于是電池供電，所以只能短期使用。第3，由于在旋轉軸上附加了結構，易引起高轉速時的動平衡問題。在小量程及小直徑軸時更突出。數字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優點并克服了其缺陷，在應變傳感器的基礎上設計了兩組旋轉變壓器，實現了能源及信號的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉無關，與轉速大小無關，與旋轉方向無關。

非接觸式扭矩傳感器

    非接觸式扭矩傳感器輸入軸和輸出軸由扭桿連接起來，輸入軸上有花鍵，輸出軸上有鍵槽。當扭桿受方向盤的轉動力矩作用發生扭轉時，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了。花鍵和鍵槽的相對位移改變量等于扭轉桿的扭轉量，使得花鍵上的磁感強度改變，磁感強度的變化，通過線圈轉化為電壓信號。非接觸扭矩傳感器由于采用的是非接觸的工作方式，因而壽命長、可靠性高，不易受到磨損、有更小的延時、受軸的偏轉和軸向偏移的影響更小，現在已經廣泛用于轎車領域。

    應變片傳感器扭矩測量采用應變電測技術。在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋，當彈性軸受扭矩產生微小變形后引起電橋電阻值變化，應變電橋電阻的變化轉變為電信號的變化從而實現扭矩測量。傳感器就完成如下的信息轉換；傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。

應用范圍

扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉速及機械功率的精密測量儀器。應用范圍十分廣泛，主要用于：
1、電動機、發動機、內燃機等旋轉動力設備輸出扭矩及功率的檢測；
2、風機、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測；
3、鐵路機車、汽車、拖拉機、飛機、船舶、礦山機械中的扭矩及功率的檢測；
4、可用于污水處理系統中的扭矩及功率的檢測；
5、可用于制造粘度計；
6、可用于過程工業和流程工業中。
7、可以應用于實驗室，測試部門以及生產監控和質量控制。