/// 專 業(yè) 的 工 業(yè) 傳 感 與 測(cè) 量  ///

 /  前言  /

在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測(cè)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(shí)，這兩組傳感器就可以測(cè)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(jì)算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號(hào)的非接觸傳遞，檢測(cè)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)；缺點(diǎn)：體積較大，不易安裝，低轉(zhuǎn)速時(shí)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(jiàn)圖一）


圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖

 扭矩測(cè)試比較成熟的檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。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，并組成應(yīng)變橋，若向應(yīng)變橋提供工作電源即可測(cè)試該彈性軸受扭的電信號(hào)。這就是基本的扭矩傳感器模式。(見(jiàn)圖二)但是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問(wèn)題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測(cè)到的應(yīng)變信號(hào)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(lái)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(hào)波動(dòng)，因而造成測(cè)量誤差大甚至測(cè)量不成功。為了克服導(dǎo)電滑環(huán)的缺陷，另一個(gè)辦法就是采用無(wú)線電遙測(cè)的方法 :將扭矩應(yīng)變信號(hào)在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，通過(guò)載波調(diào)制用無(wú)線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無(wú)線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號(hào)（見(jiàn)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(cè)扭矩儀。(見(jiàn)圖四)遙測(cè)扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項(xiàng)缺陷，但也存在著三個(gè)不足之處，其一：易受使用現(xiàn)場(chǎng)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(shí)的動(dòng)平衡問(wèn)題。在小量程及小直徑軸時(shí)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(diǎn)并克服了其缺陷,在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實(shí)現(xiàn)了能源及信號(hào)的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。

圖四

 /  特點(diǎn)  /

1.既可以測(cè)量靜止扭矩，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

2.檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng)。

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(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩。

5. 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。

6. 傳感器輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理。

 /  測(cè)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(cè)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(jí)線圈；

(2)信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)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(hào)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(jí)線圈(輸入)；(3) 信號(hào)環(huán)形變壓器次級(jí)線圈(輸出)；(4)信號(hào)處理電路。

 /  應(yīng)用范圍  /

 1. 檢測(cè)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī) ，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率。 

 2. 檢測(cè)減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。

 
3. 檢測(cè)各種機(jī)械加工中心，自動(dòng)機(jī)床的工作過(guò)程中的扭矩。

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

 
5. 檢測(cè)扭矩的同時(shí)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)速，軸向力。 

6. 可用于制造粘度計(jì)，電動(dòng)(氣動(dòng)，液力)扭力扳手。

/  安裝使用  /

/  安裝方式  /

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

 2. 被測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)不允許加長(zhǎng)但可以拆卸時(shí)，則可以使用套裝式扭矩傳感器--套在被測(cè)軸上即可測(cè)試。

 
 3. 被測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)既不允許加長(zhǎng)又不可以拆卸時(shí)，則可以使用在現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試。即可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)也可短期檢測(cè)。與電流鉗形表相似。 

4．有的測(cè)試系統(tǒng)既有扭力又有軸向力時(shí)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(duì)扭力測(cè)試的干擾又可以測(cè)量軸向力的信號(hào)。

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

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

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