JN338智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及其應(yīng)用

摘　要：介紹了JN338智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的特性參數(shù)和工作原理,該傳感器使用兩組旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)現(xiàn)了電源及信號(hào)的非接觸傳遞，同時(shí)其信號(hào)輸出為頻率量。文中給出了基于JN338的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖，同時(shí)指出了JN338的應(yīng)用注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：JN338；數(shù)字式；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器

１　概述

　　轉(zhuǎn)矩傳感器在電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、鉆探機(jī)械等眾多的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)中及數(shù)控機(jī)械加工中心、自動(dòng)機(jī)床等機(jī)電一體化設(shè)備中已獲得廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來檢測(cè)轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并采用導(dǎo)電滑環(huán)來耦合電源輸入及應(yīng)變信號(hào)輸出，由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時(shí)由于接觸不可靠，也不可避免地會(huì)引起測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)及誤差的增加。因此，如何在旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行能源及信號(hào)的可靠耦合已成為轉(zhuǎn)矩傳感器最棘手的問題，而ＪＮ３３８數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器則巧妙地解決了這個(gè)問題。

　　ＪＮ３３８是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團(tuán)公司的產(chǎn)品，該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。

２　主要特性及參數(shù)

２．１ ＪＮ３３８的主要特性

　　ＪＮ３３８的主要特性如下：

　　●檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)；

　　●測(cè)量精度高信號(hào)檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)；

　　●抗干擾能力強(qiáng)，無需調(diào)零即可工作；

　　●可靠性高、信噪比高，工作壽命長(zhǎng)；

　　●既可以測(cè)量靜止扭矩，也可測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；

　　●能夠測(cè)量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測(cè)量過渡過程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；

　　●無需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)矩；

　　●無集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長(zhǎng)運(yùn)行；
　　
　　●轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)；

　　●測(cè)量彈性體強(qiáng)度大，可承受１５０％過載；

　　●體積小，重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；

　　●輸出信號(hào)以頻率形式給出，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口。

２．２ 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)

　　傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如表１所列，表２所列是該傳感器產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)。

表1 JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù)

表2 傳感器產(chǎn)品規(guī)格參考

２．３ 插座引腳及功能

　?。剩危常常皋D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用一只５腳的航空插座做電源輸入及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出，插座外形及引腳排列如圖１所示。各引腳功能說明如下：

　?。蹦_：接地端；

　?。材_：＋１５Ｖ電源端；

　　３腳：－１５Ｖ電源端；

　　４腳：轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出端；

　?。的_：轉(zhuǎn)矩信號(hào)輸出端。

３　工作原理

３．１ 轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理

　　該轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測(cè)敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將專用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性軸上以組成應(yīng)變電橋，只要向應(yīng)變電橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)，然后將該應(yīng)變信號(hào)放大，再經(jīng)過壓／頻轉(zhuǎn)換變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。傳感器的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器承擔(dān)的，因此可實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的無接觸傳遞。該應(yīng)變傳感器測(cè)量原理如圖２所示。

　　在一段特制的彈性軸上粘貼專用的測(cè)扭應(yīng)變片并組成電橋，以形成基礎(chǔ)扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)線圈、軸上印刷電路板和信號(hào)環(huán)旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈。電路板上包含整流穩(wěn)壓電源、儀表放大電路及Ｖ／Ｆ變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)線圈、信號(hào)環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈及信號(hào)處理電路。

　　傳感器電路部分在工作時(shí)，由外部電源向傳感器提供