應變式扭矩傳感器的工作原理

應變式扭矩傳感器的工作原理

       在旋轉動力系統中最頻繁涉及到的參數：旋轉扭矩，為了檢測旋轉扭矩傳統使用較多的是扭轉角相位差式扭矩傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數、形狀及安裝角度*相同的齒輪，在齒輪的外側各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當彈性軸旋轉時，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。該方法的優點：實現了轉矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數字信號;缺點：體積較大，不易安裝，低轉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。在旋轉動力系統中有很多的參數需要測量或計算，扭矩(轉矩)是其中一項很重要的參數。為了檢測扭矩參數，現實中有很多種傳感器可以實現扭矩參數的測量，傳統使用的有相位差式傳感器、導電滑環式傳感器。

       扭矩測試比較成熟的檢測手段為應變電測技術。它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優點。

      將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應變橋，若向應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。但是在旋轉動力傳遞系統中，最棘手的問題是旋轉體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何可靠地在旋轉部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環來完成。

       由于導電滑環屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發熱，因而限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命。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。為了克服導電滑環的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法：將扭矩應變信號在旋轉軸上放大并進行V/F轉換成頻率信號，通過載波調制用無線電發射的方法從旋轉軸上發射至軸外，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉軸受扭的信號。

       旋轉軸上的能源供應是固定在旋轉軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環的兩項缺陷，但也存在著三個不足之處，其一：易受使用現場電磁波的干擾;其二：由于是電池供電，所以只能短期使用。其三：由于在旋轉軸上附加了結構，易引起高轉速時的動平衡問題。在小量程及小直徑軸時更突出。數字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優點并克服了其缺陷，在應變傳感器的基礎上設計了兩組旋轉變壓器，實現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無關，與轉速大小無關，與旋轉方向無關。

       應變式扭矩傳感器測量原理

       將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應變橋，向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應變信號放大后，經過壓/頻轉換，變成與扭應變成正比的頻率信號。本系統的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環型變壓器承擔的，因此實現了無接觸的能源及信號傳遞功能。

       應變式扭矩傳感器的特點

       1.既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉轉矩;

       2.既可以測量靜態扭矩，也可以測量動態扭矩;

       3.檢測精度高，穩定性好;抗干擾性強;

       4.體積小，重量輕，多種安裝結構，易于安裝使用;

       5.不需反復調零即可連續測量正反轉扭矩;

       6.沒有導電環等磨損件，可以高轉速長時間運行;

       7.傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理;

       8.測量彈性體強度大可承受*的過載。

      總結：在旋轉動力傳遞系統中，最棘手的問題是旋轉體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何可靠地在旋轉部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環來完成。