/// 專 業(yè) 的 工 業(yè) 傳 感 與 測 量  ///

 /  前言  /

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)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當(dāng)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。（見圖一）


圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖

 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。(見圖二)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(dǎo)電滑環(huán)來完成。

圖二 基本的扭矩傳感器

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并發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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（見圖三）。

圖三

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。(見圖四)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)。

圖四

 /  特點  /

1.既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

2.檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強。

3.體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用。

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

5. 沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運行。

6. 傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理。

 /  測量原理  /

 /  傳感器原理結(jié)構(gòu)  /

在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器。

在軸上固定著： (1)能源環(huán)形變壓器的次級線圈；

(2)信號環(huán)形變壓器初級線圈；(3)軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號輸出電路。

在傳感器的外殼上固定著：(1)激磁電路；(2)能源環(huán)形變壓器的初級線圈(輸入)；(3) 信號環(huán)形變壓器次級線圈(輸出)；(4)信號處理電路。

 /  應(yīng)用范圍  /

 1. 檢測發(fā)電機，電動機 ，內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率。 

 2. 檢測減速機，風(fēng)機，泵，攪拌機，卷揚機，螺旋槳，鉆探機械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。

 
3. 檢測各種機械加工中心，自動機床的工作過程中的扭矩。

4. 各種旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率。

 
5. 檢測扭矩的同時可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力。 

6. 可用于制造粘度計，電動(氣動，液力)扭力扳手。

/  安裝使用  /

/  安裝方式  /

1. 如果要求傳動系統(tǒng)的軸向不因安裝了傳感器而加長，則可使用智能聯(lián)軸器--既可以檢測扭矩，又可以承擔(dān)聯(lián)軸器的功能。也就是一種帶檢測功能的聯(lián)軸器。 

 2. 被測傳動系統(tǒng)不允許加長但可以拆卸時，則可以使用套裝式扭矩傳感器--套在被測軸上即可測試。

 
 3. 被測傳動系統(tǒng)既不允許加長又不可以拆卸時，則可以使用在現(xiàn)場組裝的卡裝式扭矩傳感器。從軸的兩側(cè)卡在軸上即可進(jìn)行測試。即可長期監(jiān)測也可短期檢測。與電流鉗形表相似。 

4．有的測試系統(tǒng)既有扭力又有軸向力時則可以使用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸向力三參數(shù)傳感器；既可以避免軸向力對扭力測試的干擾又可以測量軸向力的信號。

 5．在高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速下測試時可以使用無軸承式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。

6．如果被測系統(tǒng)為不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時可以使用扭矩傳感變送器。 

 7．如果被測系統(tǒng)最大值在5mN·m至1N·m時可以使用小量程轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。