理解扭力傳感器的應用及分類

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。扭力傳感器是對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機械部件上對改變力矩感知的檢測。扭力傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成準確的電信號。

工作原理：

通常所說的轉(zhuǎn)矩是外力矩，如機床主軸旋轉(zhuǎn)是動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，刀具切削力對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)動效應或改變變形的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩是在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁觸及到的參數(shù)，為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩，運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。當彈性軸旋轉(zhuǎn)時，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算出彈性軸所接受的扭矩量。

扭矩測試比擬成熟的檢測手腕為應變電測技術(shù)，它具有精度高、頻響快、牢靠性好、壽命長等優(yōu)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。這就是根本的扭矩傳感器形式。

但是在旋轉(zhuǎn)動力傳送系統(tǒng)中，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何牢靠地在旋轉(zhuǎn)局部與靜止局部之間傳送，通常的做法是用導電滑環(huán)來完成。 由于導電滑環(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)速及導電滑環(huán)的運用壽命。并且由于接觸不牢靠惹起信號動搖，從而形成丈量誤差大以至丈量不勝利。

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

分類：

扭力傳感器分為動態(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。

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，輸入軸上有花鍵，輸出軸上有鍵槽。當扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)作改變時，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改動了?；ㄦI和鍵槽的相對位移改動量等于改變桿的改變量，使得花鍵上的磁感強度改動，磁感強度的變化，經(jīng)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，因此壽命長、牢靠性高，不易遭到磨損、有更小的延時、 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，常用的主要有應變式、磁電式、光纖式和光電式傳感器。

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

磁電式扭矩傳感器是應用磁電轉(zhuǎn)換的原理，剖析兩路輸出的電動勢信號的相位差，從而到達丈量扭矩的目的。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用光反射原理和相位差原理，將軸上相應的兩處位置反射的光信號讀取后并計算出相位差，由此能算出相應的扭矩值。但是光纖式傳感器易受環(huán)境影響，裝置調(diào)試也相對較艱難。

光電式扭矩傳感器以光電感應元件為中心部件。當傳動軸上加載扭矩時，由光源發(fā)出的光的強度會發(fā)作相應變化，從而使光電元件的輸出電流發(fā)作變化。經(jīng)過丈量該變化值即可計算出扭矩值。

應變片扭矩傳感器

應變片傳感器扭矩丈量采用應變電測技術(shù)。在彈性軸上粘貼應變計組成丈量電橋，當彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后惹起電橋電阻值變化，應變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓瘡亩瓿膳ぞ卣闪俊鞲衅骶屯瓿扇缦碌男畔⑥D(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。

高性能無線型

高性能無線扭矩傳感器將傳感器與無線通訊技術(shù)分離在一同，完成了數(shù)據(jù)的無線傳輸。扭矩電信號由單片機控制的信號處置電路停止放大、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，由LED顯現(xiàn)得到的扭矩數(shù)據(jù)值。傳感器數(shù)據(jù)采集發(fā)射電路由扭矩傳感器、信號處置局部、單片機和無線發(fā)射電路組成。扭矩傳感器將電阻應變片產(chǎn)生的應變電信號傳送到信號處置電路。信號處置局部對傳感器模仿信號提取放大，并停止模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處置器擔任控制系統(tǒng)各局部器件的工作，并對數(shù)字信號停止處置。無線發(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)停止相應的編碼和處置，并用發(fā)射模塊發(fā)射出。完成無線傳輸。

電式式

電子式扭矩儀是一種針對風機、水泵實驗及現(xiàn)場能效評測的便攜式高性能軸功率丈量儀器。電子式扭矩儀發(fā)明性的摒棄了傳統(tǒng)機電式扭矩傳感器繁瑣、復雜、在很多現(xiàn)場環(huán)境下不易完成的裝置過程，完成了風機、水泵電機效率的實時丈量，監(jiān)測風機、水泵電機在運用過程中各環(huán)節(jié)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，對研討風機、水泵電機的運用狀態(tài)提供了實時、真實、牢靠的數(shù)據(jù)；防止了因機電式扭矩傳感器裝置不當對實驗結(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，并且能獲取風機、水泵電機的實時效率，為風機、水泵機組節(jié)能提供了嚴謹、科學評測手腕。

應用：

扭矩傳感器是一種丈量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機械功率的精細丈量儀器。應用范圍非常普遍，主要用于：

1、交(直）流電動機、伺服電機、步進電機；

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

3、電（手）動執(zhí)行器，各種閥門自動開閉控制。

4、石油開采和提煉過程控制和監(jiān)測、火(水）力發(fā)電設備的監(jiān)測、礦石挑選控制，風力發(fā)電設備的監(jiān)測。

5、各種資料扭矩壽命實驗。

6、鐵路機械設備過程控制等等，詳細如下：

（1）、檢測發(fā)電機、電動機、內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設備輸出扭矩極功率。

（2）、檢測減速機、風機、泵、攪拌機、卷揚機、螺旋槳，鉆探機械等設備的負載扭矩極輸入功率。

（3）、檢測各種機械加工中心，自動機床的工作過程中的扭矩。

（4）、各種旋轉(zhuǎn)動力設備系統(tǒng)所傳送的扭矩極效率。

（5）、檢測扭矩的同時能夠檢測轉(zhuǎn)速、軸向力。

（6）、可用于制造粘度計，電動（氣動，液力）扭力扳手。