非接觸式扭矩測量的應(yīng)用需求 

       扭矩測量雖然屬于力學(xué)常規(guī)量的測量, 但是隨著時代 的發(fā)展, 科學(xué)研究和制造生產(chǎn)對扭矩測量提出了更高的要 求, 在眾多特殊場合的扭矩測量中, 常規(guī)的扭矩測量方案 已經(jīng)不能夠滿足需求。例如, 在測量石油鉆探中使用的大 扭矩桿件的扭矩情況時, 一旦傳感器接觸旋轉(zhuǎn)軸時, 必將 受到極大的剪切力, 極易造成扭矩測量裝置和被測裝置的 損壞; 又如, 在測量小于 0. 1 NM 的動態(tài)微扭矩時, 若采用 常規(guī)的接觸式測量方案, 扭矩傳感器與旋轉(zhuǎn)軸接觸產(chǎn)生的 阻力矩會影響旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動狀態(tài), 甚至導(dǎo)致停轉(zhuǎn); 再如, 人工心臟的參數(shù)監(jiān)測也需要用到扭矩的動態(tài)實(shí)時測量, 即 測量人工心臟中的血泵的工作狀況, 若采用接觸式測量必 將改變血泵的受力情況, 影響人工心臟的工作性能, 加大 了控制單元對人工心臟狀態(tài)控制的難度。綜上, 非接觸測 量可以滿足對于扭矩測量的眾多需求: 

1. 長期不間斷、高可靠性扭矩測量

    一般性扭矩傳感 器一旦失效, 不僅會造成扭矩傳感器自身的損壞, 更嚴(yán)重 的是會造成被測量設(shè)備的重大機(jī)械損壞。例如: 應(yīng)變式扭 矩測量裝置中應(yīng)變計(jì)的引線需要靠滑環(huán)( 見圖 1) 引出, 長 時間工作后, 滑環(huán)極易發(fā)熱老化, 甚至斷裂脫落, 所以出于 可靠性的考慮, 該方案多用于低速旋轉(zhuǎn)軸的短期扭矩測 量。如果選擇非接觸式扭矩傳感器測量扭矩, 它與旋轉(zhuǎn)軸 沒有力的相互作用, 工作過程中不受軸向負(fù)載和彎曲載 荷, 所以零件損耗小, 工作壽命長, 可以實(shí)現(xiàn)長期不間斷、 可靠性測量扭矩。

  圖 1 帶滑環(huán)的應(yīng)變片式扭矩傳感器原理圖 

2.高動態(tài)性精確扭矩測量

   傳感器自身的轉(zhuǎn)動慣量 是影響扭矩測量精度和動態(tài)性的重要問題, 因?yàn)閭鞲衅魇?有重量的, 安裝在旋轉(zhuǎn)軸上后就相當(dāng)于增加了一個? 額外 質(zhì)量#, 這一質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)軸較輕或者轉(zhuǎn)速較慢的情況下是 不能忽略的, 那便會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速明顯下降, 測量得 到的扭矩大小將受到嚴(yán)重影響。如果采用非接觸式扭矩 測量, 傳感器對旋轉(zhuǎn)軸無附加外力, 這可以從根本上提高 測量的動態(tài)性和精確性, 同時有助于提高系統(tǒng)的分辨率。 

3.準(zhǔn)確控制被測裝置

   因?yàn)橐话阈耘ぞ販y量裝置的體 積大, 并且要與旋轉(zhuǎn)軸直接接觸, 所以存在著一個不可避免 的問題, 即由于安裝位置不當(dāng), 或者接觸測量時產(chǎn)生的干擾 力或扭矩而改變旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動狀態(tài), 這類干擾是隨機(jī)的, 很 難評估和定量, 而扭矩測量往往又是作為控制單元的反饋 信號。這樣就會直接導(dǎo)致控制的準(zhǔn)確性難以保證。唯有采 取非接觸式扭矩測量, 從源頭上消除傳感器施加在旋轉(zhuǎn)軸 上的附加力, 末端控制的高準(zhǔn)確性才有可能實(shí)現(xiàn)。