應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理

       在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù)：旋轉(zhuǎn)扭矩，為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩傳統(tǒng)使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度*相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當彈性軸旋轉(zhuǎn)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(yōu)點：實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數(shù)字信號;缺點：體積較大，不易安裝，低轉(zhuǎn)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。在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中有很多的參數(shù)需要測量或計算，扭矩(轉(zhuǎn)矩)是其中一項很重要的參數(shù)。為了檢測扭矩參數(shù)，現(xiàn)實中有很多種傳感器可以實現(xiàn)扭矩參數(shù)的測量，傳統(tǒng)使用的有相位差式傳感器、導電滑環(huán)式傳感器。

       扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)。它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。

      將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應(yīng)變橋，若向應(yīng)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(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號輸出如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環(huán)來完成。

       由于導電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導電滑環(huán)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(huán)的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法：將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號，通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號。

       旋轉(zhuǎn)軸上的能源供應(yīng)是固定在旋轉(zhuǎn)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(huán)的兩項缺陷，但也存在著三個不足之處，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾;其二：由于是電池供電，所以只能短期使用。其三：由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時的動平衡問題。在小量程及小直徑軸時更突出。數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點并克服了其缺陷，在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器，實現(xiàn)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(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。

       應(yīng)變式扭矩傳感器測量原理

       將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔的，因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。

       應(yīng)變式扭矩傳感器的特點

       1.既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;

       2.既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動態(tài)扭矩;

       3.檢測精度高，穩(wěn)定性好;抗干擾性強;

       4.體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用;

       5.不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩;

       6.沒有導電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運行;

       7.傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理;

       8.測量彈性體強度大可承受*的過載。

      總結(jié)：在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號輸出如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環(huán)來完成。