扭矩傳感器的分類(lèi)及其應(yīng)用

 摘要：機(jī)械動(dòng)力設(shè)備的扭矩變化是其運(yùn)行狀況的重要信息。作為扭矩測(cè)試中不可或缺的重要部分，扭矩傳感器也在不斷發(fā)展。那么，它是如何分類(lèi)的?有著怎樣的發(fā)展歷程?又有怎樣的應(yīng)用?

扭矩傳感器主要用來(lái)測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械效率，它將扭力的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，其精度關(guān)系到所在測(cè)試系統(tǒng)的精度。其主要特點(diǎn)在于既可以測(cè)量靜止扭矩，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)扭矩;并且檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾性強(qiáng);不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩，沒(méi)有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行;它輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理。下面我們簡(jiǎn)單了解一下常用的扭矩傳感器都有哪些。

非接觸式扭矩傳感器

非接觸式扭矩傳感器也是動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，又叫轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。它的輸入軸和輸出軸由扭桿連接，輸入軸上有花鍵，輸出軸上則是鍵槽，當(dāng)扭桿受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)的時(shí)候，花鍵與鍵槽的相對(duì)位置則被改變，它們的相對(duì)位移改變量就是扭轉(zhuǎn)桿的扭轉(zhuǎn)量。這樣的過(guò)程使得花鍵上的磁感強(qiáng)度變化，通過(guò)線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

非接觸扭矩傳感器的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、可靠性高、不易受到磨損、有更小的延時(shí)、受軸的影響更小，應(yīng)用較為廣泛。

圖1

應(yīng)變片扭矩傳感器

應(yīng)變片扭矩傳感器使用的是應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。它的原理是利用彈性軸，粘貼應(yīng)變計(jì)，組成了測(cè)量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩作用發(fā)生微小形變，電橋的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而電信號(hào)發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)扭矩的測(cè)量。

應(yīng)變片扭矩傳感器的特點(diǎn)是分辨能力高、誤差較小、測(cè)量范圍大、價(jià)格低廉，便于選擇和大量使用。

圖2

相位差式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器

相位差時(shí)扭轉(zhuǎn)傳感器就是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器，它的原理就是根究磁電相位差式轉(zhuǎn)矩測(cè)量技術(shù)，才彈性軸的兩端安裝兩組齒數(shù)、形狀及安裝角完全相同的齒輪，齒輪外側(cè)安裝接近傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩組傳感器的波形產(chǎn)生相位差，從而計(jì)算出扭矩。

它的特點(diǎn)主要是實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號(hào)的非接觸傳遞，檢測(cè)的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)速較高。但是這種扭矩傳感器體積較大，低轉(zhuǎn)速時(shí)的性能不理想，因此應(yīng)用已不是很廣泛。

圖3

另外，高性能無(wú)線扭矩傳感器較為常用，它與無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

扭矩傳感器的歷史

扭矩傳感器的技術(shù)如今已經(jīng)越來(lái)越成熟，然而其實(shí)它的發(fā)展還是經(jīng)歷了三個(gè)階段。

測(cè)量技術(shù)的產(chǎn)生。1678年，羅伯特·胡克描述了著名的胡克定律材料延伸與相關(guān)材料張力之間的比例關(guān)系。并且，電橋電路的出現(xiàn)，使最小變化電壓能夠得到測(cè)量。

第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器誕生。1945年，市場(chǎng)上推出了第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器，它的原理是如果下方加載的軸的軸向扭矩扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)矩也會(huì)成比例變化。這個(gè)扭轉(zhuǎn)的角度可以通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。

圖4

現(xiàn)代扭矩傳感器。現(xiàn)代扭矩傳感器一般有模擬信號(hào)輸出，在這些接口中，相鄰的驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)產(chǎn)生干擾。之后數(shù)字的電子傳感器的出現(xiàn)增強(qiáng)了抗干擾能力。

到目前為止，扭矩傳感器還在飛速發(fā)展，種類(lèi)和性能也更加豐富。它所在的測(cè)試系統(tǒng)也將向著微型化、數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，由靜態(tài)測(cè)試項(xiàng)動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)方向發(fā)展。

扭矩傳感器的應(yīng)用

扭矩傳感器作為一種測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量?jī)x器，目前主要應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備檢測(cè);機(jī)車(chē)、汽車(chē)、飛機(jī)、礦上機(jī)械中的扭矩及功率檢測(cè)等等。無(wú)論是工程制造業(yè)或者運(yùn)輸業(yè)或者科研院所等等地方都有扭矩傳感器的身影。

圖4

而在致遠(yuǎn)電子，扭矩傳感器也是電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分。MPT1000電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)可以選用國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口的兩類(lèi)扭矩傳感器，在精度、扭矩、轉(zhuǎn)速上滿足不同行業(yè)客戶的需求，并且能夠根據(jù)客戶的情況配置最具有性價(jià)比的設(shè)備，也保證整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的性能。將扭矩傳感器非常好的應(yīng)用到了整個(gè)電機(jī)測(cè)試領(lǐng)域中。