扭矩傳感器的分類及其應(yīng)用

　　摘要：機(jī)械動力設(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測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械效率，它將扭力的變化轉(zhuǎn)化成電信號，其精度關(guān)系到所在測試系統(tǒng)的精度。其主要特點(diǎn)在于既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和動態(tài)扭矩;并且檢測精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾性強(qiáng);不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩，沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運(yùn)行;它輸出高電平頻率信號可直接送計(jì)算機(jī)處理。下面我們簡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)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)的時候，花鍵與鍵槽的相對位置則被改變，它們的相對位移改變量就是扭轉(zhuǎn)桿的扭轉(zhuǎn)量。這樣的過程使得花鍵上的磁感強(qiáng)度變化，通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號。

　　非接觸扭矩傳感器的特點(diǎn)是壽命長、可靠性高、不易受到磨損、有更小的延時、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)變電測技術(shù)。它的原理是利用彈性軸，粘貼應(yīng)變計(jì)，組成了測量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩作用發(fā)生微小形變，電橋的電阻值就會發(fā)生變化，進(jìn)而電信號發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)扭矩的測量。

　　應(yīng)變片扭矩傳感器的特點(diǎn)是分辨能力高、誤差較小、測量范圍大、價格低廉，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，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)矩信號的非接觸傳遞，檢測的信號是數(shù)字信號，轉(zhuǎn)速較高。但是這種扭矩傳感器體積較大，低轉(zhuǎn)速時的性能不理想，因此應(yīng)用已不是很廣泛。

　　圖5

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

　　扭矩傳感器的歷史

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

　　測量技術(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量。

　　第一臺旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器誕生。1945年，市場上推出了第一臺旋轉(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)一個角度，轉(zhuǎn)矩也會成比例變化。這個扭轉(zhuǎn)的角度可以通過測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。

　　圖3

　　現(xiàn)代扭矩傳感器。現(xiàn)代扭矩傳感器一般有模擬信號輸出，在這些接口中，相鄰的驅(qū)動器可能會產(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，種類和性能也更加豐富。它所在的測試系統(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)測試項(xiàng)動態(tài)在線檢測方向發(fā)展。

　　扭矩傳感器的應(yīng)用

　　扭矩傳感器作為一種測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測量儀器，目前主要應(yīng)用在電動機(jī)、發(fā)動機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備檢測;機(jī)車、汽車、飛機(jī)、礦上機(jī)械中的扭矩及功率檢測等等。無論是工程制造業(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)測試系統(tǒng)的重要組成部分。MPT1000電機(jī)測試系統(tǒng)可以選用國產(chǎn)及進(jìn)口的兩類扭矩傳感器，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比的設(shè)備，也保證整個系統(tǒng)最優(yōu)化的性能。將扭矩傳感器非常好的應(yīng)用到了整個電機(jī)測試領(lǐng)域中。