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�(zhuǎn)矩傳感器
閱讀�4159時間�2016-12-12 09:00:18

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

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�(zhuǎn)扭矩,使用較多的是扭�(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�(cè)各安裝著一只接�(磁或�)傳感�。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�,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�,檢測信號為�(shù)字信號;缺點:體積較�,不易安裝,低轉(zhuǎn)速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比�,因此低速性能不理��
扭矩測試比較成熟的檢測手段為�(yīng)變電測技�(shù),它具有精度�、頻響快、可靠性好、壽命長等優(yōu)點� 將專用的測扭�(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸�,并組成�(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�。但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)�,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�(yīng)變信號輸出如何可靠地在旋�(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳�,通常的做法是用導(dǎo)電滑�(huán)來完�� 由于�(dǎo)電滑�(huán)屬于磨擦接觸,因此不可避免地存在著磨損并�(fā)�,因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的�(zhuǎn)速及�(dǎo)電滑�(huán)的使用壽�。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�(huán)的缺�,另一個辦法就是采用無線電遙測的方� :將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并�(jìn)行V/F�(zhuǎn)換成頻率信號,通過載波�(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋�(zhuǎn)軸上�(fā)射至軸外,再用無線電接收的方�,就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號� 旋轉(zhuǎn)軸上的能源供�(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�


非接觸式扭矩傳感�
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�(zhuǎn)�,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�?;ㄦI和鍵槽的相對位移改變量等于扭�(zhuǎn)桿的扭轉(zhuǎn)�,使得花鍵上的磁感強(qiáng)度改變,磁感�(qiáng)度的變化,通過線圈�(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�,因而壽命長、可靠性高,不易受到磨�、有更小的延時� 受軸的偏�(zhuǎn)和軸向偏移的影響更小,已�(jīng)廣泛用于轎車�(lǐng)�。[1]
�(yīng)變片扭矩傳感�
�(yīng)變片傳感器扭矩測量采用應(yīng)變電測技�(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計組成測量電橋,當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變�,應(yīng)變電橋電阻的變化�(zhuǎn)�?yōu)殡娦盘柕淖兓瘡亩鴮崿F(xiàn)扭矩測量。傳感器就完成如下的信息�(zhuǎn)換;傳感器由彈性軸、測量電�、儀器用放大�、接口電路組��

高性能無線扭矩傳感�

高性能無線扭矩傳感器將傳感器與無線通信技�(shù)�(jié)合在一�,實�(xiàn)了數(shù)�(jù)的無線傳�。扭矩電信號由單片機(jī)控制的信號處理電路�(jìn)行放�、A/D�(zhuǎn)換之�,編碼器將采集到的數(shù)字量編碼傳送給�(fā)射模塊�(jìn)行發(fā)送。接收模塊接收到�(shù)�(jù)�,解碼器將譯出的�(shù)�(jù)傳送給單片�(jī),由LED顯示得到的扭矩數(shù)�(jù)值。傳感器�(shù)�(jù)采集�(fā)射電路由扭矩傳感�、信號處理部�、單片機(jī)和無線發(fā)射電路組�。扭矩傳感器將電阻應(yīng)變片�(chǎn)生的�(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�,并�(jìn)行模/�(shù)�(zhuǎn)�。微處理器負(fù)�(zé)控制系統(tǒng)各部分器件的工作,并對數(shù)字信號�(jìn)行處�。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�(shù)�(jù)�(jìn)行相�(yīng)的編碼和處理,并用發(fā)射模塊發(fā)射出。實�(xiàn)無線傳輸�

電子式扭矩儀

電子式扭矩儀是一種針對風(fēng)�(jī)、水泵試驗及�(xiàn)場能效評測的便攜式高性能軸功率測量儀�。電子式扭矩儀�(chuàng)造性的摒棄了傳�(tǒng)�(jī)電式扭矩傳感器繁瑣、復(fù)�、在很多�(xiàn)場環(huán)境下不易實現(xiàn)的安裝過�,實�(xiàn)了風(fēng)�(jī)、水泵電�(jī)效率的實時測�,監(jiān)測風(fēng)�(jī)、水泵電�(jī)在使用過程中各環(huán)節(jié)的運行狀�(tài),對研究�(fēng)�(jī)、水泵電�(jī)的使用狀�(tài)提供了實時、真�、可靠的�(shù)�(jù);避免了因機(jī)電式扭矩傳感器安裝不�(dāng)對試驗結(jié)果造成的影��
電子式扭矩儀能完全取代傳�(tǒng)扭矩傳感器的軸功率測量功�,并且能獲取�(fēng)�(jī)、水泵電�(jī)的實時效率,為風(fēng)�(jī)、水泵機(jī)組節(jié)能提供了�(yán)�(jǐn)、科�(xué)評測手段�

�(yīng)用范�

扭矩傳感器是一種測量各種扭�、轉(zhuǎn)速及�(jī)械功率的精密測量儀器。應(yīng)用范圍十分廣�,主要用于:
1、電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋�(zhuǎn)動力�(shè)備輸出扭矩及功率的檢��
2、風(fēng)�(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測�
3、鐵路機(jī)�、汽車、拖拉機(jī)、飛�(jī)、船�、礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢��
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�
6、可用于過程工業(yè)和流程工�(yè)��
7、可以應(yīng)用于實驗�,測試部門以及生產(chǎn)�(jiān)控和�(zhì)量控��

�(chǎn)品信�

基本原理

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

 

�(chǎn)品特�

 

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)�(diào)零即�;連續(xù)測量正反扭矩�

 

4.即可測量靜止扭矩,也可測量動�(tài)扭矩�

 

5.體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨立使�,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�。量�、易于安��

 

6.測量范圍� 0�10000Nm�(biāo)�(zhǔn)可選, 非標(biāo)�(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��
· 扭矩傳感器的�(biāo)�(zhǔn)信號輸出是頻率信�,即5-15KHz;為了適�(yīng)客戶需求,無需外置模塊,與原始輸出電路整合�(shè)計直接輸�4-20mA�0-20mA�1-5V�0-5V模擬信號,方便客戶采�
2、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或�(shù)字表,直接讀取與扭矩成正比的頻率信號或電�、電流信號�
· 扭矩傳感器的扭矩與頻率信號送給單片�(jī)二次儀�,直接顯示實時扭矩值、轉(zhuǎn)速及輸出功率值及 RS232通訊信號�
· 直接將扭矩與�(zhuǎn)速的頻率信號送給計算�(jī)� PLD�(jìn)行處理�[1] 

信號采集

頻率輸出信號的信號采集頻率信號輸出時,與后續(xù)的信號采集設(shè)備的建議接口電路如圖所�

電流或電壓輸出信號的信號采集如圖所��

 

注意事項

扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及�(jī)械功率的精密測量儀�。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�(zhuǎn)動力�(shè)備輸出扭矩及功率的檢測;
2、風(fēng)�(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測�
3、鐵路機(jī)�、汽車、拖拉機(jī)、飛�(jī)、船�、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�
6、可用于過程工業(yè)和流程工�(yè)��
7、可以應(yīng)用于實驗室,測試部門以及生產(chǎn)�(jiān)控和�(zhì)量控��

安裝使用

使用�(huán)�
扭矩傳感器應(yīng)安裝在環(huán)境溫度為0� � 60�,相對濕度小�90%,無易燃、易爆品的環(huán)境里。不宜安裝在�(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中�
安裝方式
(1) 水平安裝:如圖11所�:

(2) 垂直安裝:�12所�:

3、連接方式� 扭矩傳感器與動力�(shè)備、負(fù)載設(shè)備之間的連接
�1)彈性柱銷聯(lián)軸器連接如圖13所�,此種連接方式�(jié)�(gòu)簡單,加工容�,維�(hù)方便。能夠微量補(bǔ)償安裝誤差造成的軸的相對偏�,同時能起到輕微減振的作�。適用于中等載荷、起動頻繁的高低速運�(zhuǎn)場合,工作溫度為-20-70��

�2)剛性聯(lián)軸器連接如圖14所�,這種連接形式�(jié)�(gòu)簡單,成本低,無�(bǔ)償性能,不能緩沖減�,對兩軸的安裝精度較�。用于振動很小的工況條件�

4、安裝要求:
�1� 扭矩傳感器可水平安裝,也可垂直安裝�
�2� 如圖11�12所�,動力設(shè)�、傳感器、負(fù)載設(shè)備應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)�,以避免過大的震�,否則可能發(fā)生數(shù)�(jù)不穩(wěn),降低測量精度,甚至損壞傳感��
�3� 采用彈性柱銷聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器連接�
�4� 動力�(shè)�、傳感器、負(fù)載設(shè)備軸線的同心度應(yīng)小于Φ0.05mm�

利與�

�(fā)展趨�
隨著自控系統(tǒng)的不斷完善和�(fā)�,對扭矩傳感器的精度、可靠性和響應(yīng)速度提出了更高的要求。扭矩傳感器正呈�(xiàn)以下的發(fā)展趨勢:
1、測試系�(tǒng)向微型化�(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)�(luò)化方向發(fā)展;
2、從單功能向多功能發(fā)�,包括自�(bǔ)償、自修正、自適應(yīng)、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀�(tài)組合、信息存儲和記憶�
3、向著小型化、集成化方向�(fā)展。傳感器的檢測部分可以通過�(jié)�(gòu)的合理設(shè)計和�(yōu)化來實現(xiàn)小型�,IC部分可以整合盡可能多的半�(dǎo)體部件、電阻到一個單獨的IC部件�,減少外部部件的�(shù)��
4、由靜態(tài)測試向動�(tài)在線檢測方向�(fā)��
不足之處
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��
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��
其三:由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)�(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�
�(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�(yīng)變傳感器的基�(chǔ)上設(shè)計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓�,實�(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�(zhuǎn)無關(guān),與�(zhuǎn)速大小無�(guān),與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)�

維庫電子通,電子知識,一查百��

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