理解扭力傳感器的應(yīng)用及分類

定義：

扭力傳感器，又稱扭力傳感器、力矩傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀。扭力傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)改變力矩感知的檢測(cè)。扭力傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的電信號(hào)。

工作原理：

通常所說(shuō)的轉(zhuǎn)矩是外力矩，如機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)是動(dòng)力源提供的外力矩作用的結(jié)果，而扭矩是內(nèi)力矩，主軸工作時(shí)，刀具切削力對(duì)主軸的反作用使之產(chǎn)生改變彈性變形，可用其權(quán)衡扭矩的大小。扭矩是使物體發(fā)作轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)或改變變形的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁觸及到的參數(shù)，為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩，運(yùn)用較多的是改變角相位差式傳感器。改變角相位差式傳感器是在彈性軸的兩端裝置著兩組齒數(shù)、外形及裝置角度完整相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各裝置著一只接近(磁或光)傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這兩組傳感器就能夠丈量出兩組脈沖波，比擬這兩組脈沖波的前后沿的相位差就能夠計(jì)算出彈性軸所接受的扭矩量。

扭矩測(cè)試比擬成熟的檢測(cè)手腕為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)，它具有精度高、頻響快、牢靠性好、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)。這就是根本的扭矩傳感器形式。

但是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳送系統(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(cè)到的應(yīng)變信號(hào)輸出如何牢靠地在旋轉(zhuǎn)局部與靜止局部之間傳送，通常的做法是用導(dǎo)電滑環(huán)來(lái)完成。 由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因而不可防止地存在著磨損并發(fā)熱，因此限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的運(yùn)用壽命。并且由于接觸不牢靠惹起信號(hào)動(dòng)搖，從而形成丈量誤差大以至丈量不勝利。

為了克制導(dǎo)電滑環(huán)的缺陷，另一個(gè)方法就是采用無(wú)線電遙測(cè)的辦法 ：將扭矩應(yīng)變信號(hào)在旋轉(zhuǎn)軸上放大并停止V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，經(jīng)過(guò)載波調(diào)制用無(wú)線電發(fā)射的辦法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無(wú)線電接納的辦法，就能夠得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號(hào)。 旋轉(zhuǎn)軸上的能源供給是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池。該辦法即為遙測(cè)扭矩儀。

分類：

扭力傳感器分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動(dòng)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。

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銜接起來(lái)，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(dòng)力矩作用發(fā)作改變時(shí)，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對(duì)位置就被改動(dòng)了?；ㄦI和鍵槽的相對(duì)位移改動(dòng)量等于改變桿的改變量，使得花鍵上的磁感強(qiáng)度改動(dòng)，磁感強(qiáng)度的變化，經(jīng)過(guò)線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。非接觸扭矩傳感器由于采用的是非接觸的工作方式，因此壽命長(zhǎng)、牢靠性高，不易遭到磨損、有更小的延時(shí)、 受軸的偏轉(zhuǎn)和軸向偏移的影響更小，曾經(jīng)普遍用于轎車范疇。

在非接觸式扭矩傳感器中，常用的主要有應(yīng)變式、磁電式、光纖式和光電式傳感器。

應(yīng)變式非接觸傳感器應(yīng)用了無(wú)線傳輸技術(shù)。隨著科技的進(jìn)步和無(wú)線傳輸技術(shù)的開展，接觸式應(yīng)變片傳感器輸出信號(hào)所用的導(dǎo)電滑環(huán)和刷臂曾經(jīng)可以用無(wú)線傳輸模塊替代，從而克制了導(dǎo)電滑環(huán)和刷臂間的磨損，進(jìn)步了丈量精度。

磁電式扭矩傳感器是應(yīng)用磁電轉(zhuǎn)換的原理，剖析兩路輸出的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的相位差，從而到達(dá)丈量扭矩的目的。主要分為閉磁路式傳感器和開磁路式傳感器。

光纖式扭矩傳感器主要是應(yīng)用光反射原理和相位差原理，將軸上相應(yīng)的兩處位置反射的光信號(hào)讀取后并計(jì)算出相位差，由此能算出相應(yīng)的扭矩值。但是光纖式傳感器易受環(huán)境影響，裝置調(diào)試也相對(duì)較艱難。

光電式扭矩傳感器以光電感應(yīng)元件為中心部件。當(dāng)傳動(dòng)軸上加載扭矩時(shí)，由光源發(fā)出的光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)作相應(yīng)變化，從而使光電元件的輸出電流發(fā)作變化。經(jīng)過(guò)丈量該變化值即可計(jì)算出扭矩值。

應(yīng)變片扭矩傳感器

應(yīng)變片傳感器扭矩丈量采用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計(jì)組成丈量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后惹起電橋電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化從而完成扭矩丈量。傳感器就完成如下的信息轉(zhuǎn)換；傳感器由彈性軸、丈量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。

高性能無(wú)線型

高性能無(wú)線扭矩傳感器將傳感器與無(wú)線通訊技術(shù)分離在一同，完成了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。扭矩電信號(hào)由單片機(jī)控制的信號(hào)處置電路停止放大、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)射模塊停止發(fā)送。接納模塊接納到數(shù)據(jù)后，解碼器將譯出的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，由LED顯現(xiàn)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(hào)處置局部、單片機(jī)和無(wú)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(hào)傳送到信號(hào)處置電路。信號(hào)處置局部對(duì)傳感器模仿信號(hào)提取放大，并停止模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處置器擔(dān)任控制系統(tǒng)各局部器件的工作，并對(duì)數(shù)字信號(hào)停止處置。無(wú)線發(fā)射電路在微處置器的控制下，由編碼器將采集到的信息數(shù)據(jù)停止相應(yīng)的編碼和處置，并用發(fā)射模塊發(fā)射出。完成無(wú)線傳輸。

電式式

電子式扭矩儀是一種針對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)能效評(píng)測(cè)的便攜式高性能軸功率丈量?jī)x器。電子式扭矩儀發(fā)明性的摒棄了傳統(tǒng)機(jī)電式扭矩傳感器繁瑣、復(fù)雜、在很多現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下不易完成的裝置過(guò)程，完成了風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)效率的實(shí)時(shí)丈量，監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)在運(yùn)用過(guò)程中各環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對(duì)研討風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的運(yùn)用狀態(tài)提供了實(shí)時(shí)、真實(shí)、牢靠的數(shù)據(jù)；防止了因機(jī)電式扭矩傳感器裝置不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成的影響。

電子式扭矩儀能完整取代傳統(tǒng)扭矩傳感器的軸功率丈量功用，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(píng)測(cè)手腕。

應(yīng)用：

扭矩傳感器是一種丈量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精細(xì)丈量?jī)x器。應(yīng)用范圍非常普遍，主要用于：

1、交(直）流電動(dòng)機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)；

2、汽車發(fā)起機(jī)、柴油機(jī)、轉(zhuǎn)向器、車身整體剛性改變以及其他部件加工過(guò)程的控制和檢測(cè)；

3、電（手）動(dòng)執(zhí)行器，各種閥門自動(dòng)開閉控制。

4、石油開采和提煉過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)、火(水）力發(fā)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)、礦石挑選控制，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)。

5、各種資料扭矩壽命實(shí)驗(yàn)。

6、鐵路機(jī)械設(shè)備過(guò)程控制等等，詳細(xì)如下：

（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)備輸出扭矩極功率。

（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)載扭矩極輸入功率。

（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)所傳送的扭矩極效率。

（5）、檢測(cè)扭矩的同時(shí)能夠檢測(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。