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扭矩傳感器

扭矩傳感器,(又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀)分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類,其中動態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì),電動(氣動,液力)扭力扳手,它具有精度高,頻響快,可靠性好,壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

 

簡介

 

  扭矩是在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù),為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩,使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器。該傳感器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)矩信號的非接觸傳遞,檢測信號為數(shù)字信號;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。

  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(diǎn)。 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。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。 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。并且由于接觸不可靠引起信號波動,從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(gè)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。 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。

 

兩類傳感器

 

  非接觸式扭矩傳感器

  非接觸式扭矩傳感器輸入軸和輸出軸由扭桿連接起來,輸入軸上有花鍵,輸出軸上有鍵槽。當(dāng)扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí),輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了。花鍵和鍵槽的相對位移改變量等于扭轉(zhuǎn)桿的扭轉(zhuǎn)量,使得花鍵上的磁感強(qiáng)度改變,磁感強(qiáng)度的變化,通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號。非接觸扭矩傳感器由于采用的是非接觸的工作方式,因而壽命長、可靠性高,不易受到磨損、有更小的延時(shí)、 受軸的偏轉(zhuǎn)和軸向偏移的影響更小,已經(jīng)廣泛用于轎車領(lǐng)域。

 

  應(yīng)變片扭矩傳感器

 

  應(yīng)變片傳感器扭矩測量采用應(yīng)變電測技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計(jì)組成測量電橋,當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化,應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓瘡亩鴮?shí)現(xiàn)扭矩測量。傳感器就完成如下的信息轉(zhuǎn)換;傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。

 

高性能無線扭矩傳感器

 

  高性能無線扭矩傳感器將傳感器與無線通信技術(shù)結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。扭矩電信號由單片機(jī)控制的信號處理電路進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換之后,編碼器將采集到的數(shù)字量編碼傳送給發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)送。接收模塊接收到數(shù)據(jù)后,解碼器將譯出的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī),由LED顯示得到的扭矩?cái)?shù)據(jù)值。傳感器數(shù)據(jù)采集發(fā)射電路由扭矩傳感器、信號處理部分、單片機(jī)和無線發(fā)射電路組成。扭矩傳感器將電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變電信號傳送到信號處理電路。信號處理部分對傳感器模擬信號提取放大,并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)各部分器件的工作,并對數(shù)字信號進(jìn)行處理。無線發(fā)射電路在微處理器的控制下,由編碼器將采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的編碼和處理,并用發(fā)射模塊發(fā)射出。實(shí)現(xiàn)無線傳輸。

 

電子式扭矩儀

 

  電子式扭矩儀是一種針對風(fēng)機(jī)、水泵試驗(yàn)及現(xiàn)場能效評測的便攜式高性能軸功率測量儀器。電子式扭矩儀創(chuàng)造性的摒棄了傳統(tǒng)機(jī)電式扭矩傳感器繁瑣、復(fù)雜、在很多現(xiàn)場環(huán)境下不易實(shí)現(xiàn)的安裝過程,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)效率的實(shí)時(shí)測量,監(jiān)測風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)在使用過程中各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài),對研究風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的使用狀態(tài)提供了實(shí)時(shí)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù);避免了因機(jī)電式扭矩傳感器安裝不當(dāng)對試驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

  電子式扭矩儀能完全取代傳統(tǒng)扭矩傳感器的軸功率測量功能,并且能獲取風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的實(shí)時(shí)效率,為風(fēng)機(jī)、水泵機(jī)組節(jié)能提供了嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)評測手段。
 

 

應(yīng)用范圍

 


  扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測量儀器。應(yīng)用范圍十分廣泛,主要用于:

  1、電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率的檢測;

  2、風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測;

  3、鐵路機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢測;

  4、可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測;

  5、可用于制造粘度計(jì);

  6、可用于過程工業(yè)和流程工業(yè)中;

  7、可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室,測試部門以及生產(chǎn)監(jiān)控和質(zhì)量控制;

 

產(chǎn)品信息

 

  基本原理

 

  扭矩的測量:采用應(yīng)變片電測技術(shù),在彈性軸上組成應(yīng)變橋。如圖1所示:

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  1.信號輸出可任意選擇波形─方波或脈沖波。

  2.檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強(qiáng)。

  3.不需反復(fù)調(diào)零即可;連續(xù)測量正反扭矩。

  4.即可測量靜止扭矩,也可測量動態(tài)扭矩。

  5.體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨(dú)立使用,只要按插座針號提供 +15V,-15V(200mA)的電源,即可輸出阻抗與扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號。量輕、易于安裝。

  6.測量范圍: 0—10000Nm標(biāo)準(zhǔn)可選, 非標(biāo)準(zhǔn)2萬Nm、3萬Nm、5萬Nm、8萬Nm、10萬Nm,特殊量程可定制。

 

信號傳輸

 

  信號輸出

 

  · 方波信號、脈沖信號。

  · 扭矩傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出是頻率信號,即5-15KHz;為了適應(yīng)客戶需求,無需外置模塊,與原始輸出電路整合設(shè)計(jì)直接輸出4-20mA、0-20mA、1-5V、0-5V模擬信號,方便客戶采。

 

  扭矩信號處理形式:

 

  · 扭矩傳感器輸出的頻率信號送到頻率計(jì)或數(shù)字表,直接讀取與扭矩成正比的頻率信號或電壓、電流信號。

  · 扭矩傳感器的扭矩與頻率信號送給單片機(jī)二次儀表,直接顯示實(shí)時(shí)扭矩值、轉(zhuǎn)速及輸出功率值及 RS232通訊信號。

  · 直接將扭矩與轉(zhuǎn)速的頻率信號送給計(jì)算機(jī)或 PLD進(jìn)行處理。

 

信號采集

 

  頻率信號采集

 

  電流或電壓輸出信號的信號采集如圖所示。

  電流電壓信號采集

  電流電壓信號采集

 

注意事項(xiàng)

 

  1.安裝時(shí),不能帶電操作,切莫直接敲打、碰撞傳感器。

  2.聯(lián)軸器的緊固螺栓應(yīng)擰緊 ,聯(lián)軸器的外面應(yīng)加防護(hù)罩,避免人身傷害。

  3.信號線輸 出不得對地 ,對電源短路,輸出電流不大于10mA· 屏蔽電纜線的屏蔽層必須與 +15V電源的公共端(電源地)連接。
 


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