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扭矩传感器的工作原理

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扭矩传感器的工作原理

扭矩传感器,又称扭矩仪。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械零件上扭矩感知的检测。扭矩传感器将扭矩的物理变化转化为电信号。

扭矩传感器的工作原理:

一般来说,扭矩就是外扭矩。比如机床主轴的转动是动力源提供的外力矩的结果,而力矩是内力矩。主轴工作时,刀具切削力对主轴的反作用力使其产生扭转弹性变形,可用来测量扭矩。力矩是使物体转动或扭转的力矩,等于力和力臂的乘积。

转矩是旋转动力系统中常涉及的参数。为了检测转矩,扭转角相位差传感器被广泛使用。扭矩传感器是在弹性轴的两端安装两组齿数、形状和安装角度相同的齿轮,在每个齿轮的外侧安装一个接近(磁或光)传感器。当弹性轴转动时,两组传感器可以测量两组脉搏波。通过比较两组脉搏波前后沿的相位差,可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。

扭矩传感器的成熟测试方法是应变电测技术,它具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点。用应变胶将测量扭矩的专用应变片贴在被测弹性轴上,形成应变桥。如果应变电桥有工作电源,就可以测得弹性轴扭转时的电信号。这是基本的扭矩传感器模式。

然而,在旋转动力传输系统中,棘手的问题是如何在旋转部分和静止部分之间可靠地传输旋转体上的应变桥的桥压输入和检测到的应变信号输出,这通常通过使用导电滑环来完成。由于导电滑环是摩擦接触,不可避免地磨损发热,限制了转轴的转速和导电滑环的使用寿命。并且接触不可靠造成信号波动,导致测量误差大,甚至测量不成功。

为了克服导电滑环的缺陷,另一种方法是采用无线电遥测:扭矩应变信号在转轴上放大,经V/F转换成频率信号,通过载波调制由无线电发射从转轴传到轴外,再由无线电接收即可得到转轴扭转的信号。转轴上的能源是固定在转轴上的电池。这种方法就是遥测扭矩仪。