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閱讀：15發(fā)布時(shí)間：2025-1-25
在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中*頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩傳統(tǒng)使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度相同的齒輪，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(hào)的非接觸傳遞，檢測信號(hào)為數(shù)字信號(hào)；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。（見圖一）
圖一扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖
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(hào)。這就是基本的扭矩傳感器模式。（見圖二）但是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中，*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(hào)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。
圖二基本的扭矩傳感器
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。及由于接觸不可靠引起信號(hào)波動(dòng)，因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(hào)在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，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(hào)（見圖三）。
圖三
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。（見圖四）遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項(xiàng)缺陷，但也存在著三個(gè)不足之處，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；其二：由于是電池供電，所以只能短期使用。其三：由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)平衡問題。在小量程及小直徑軸時(shí)更突出。數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點(diǎn)并克服了其缺陷,在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實(shí)現(xiàn)了能源及信號(hào)的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。
圖四
二、特點(diǎn)
1．既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；
2．既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動(dòng)態(tài)扭矩；
3．檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng)；
4．體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用；
5．不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩；
6．沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時(shí)間運(yùn)行；
7．傳感器輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理；
8．測量彈性體強(qiáng)度大可承受99%的過載。
三、測量原理
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,向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。本系統(tǒng)的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實(shí)現(xiàn)了無接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。（虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分）（見圖五）。
圖五
四、傳感器原理結(jié)構(gòu)
在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：（1）能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，（2）信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈，（3）軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號(hào)輸出電路。在傳感器的外殼上固定著（1）激磁電路，（2）能源環(huán)形變壓器的初級(jí)線圈（輸入），（3）信號(hào)環(huán)形變壓器次級(jí)線圈（輸出），（4）信號(hào)處理電路。
五、工作過程
向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
本傳感器輸出的頻率信號(hào)在零點(diǎn)時(shí)為10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為5KHz。即滿量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個(gè)脈沖，高速或中速采樣時(shí)可以用測頻的方法，低速采樣時(shí)可以用測周期的方法。本傳感器精度可達(dá)±0.2%～±0.5%（F·S）。由于傳感器輸出為頻率信號(hào)，所以無需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
六、應(yīng)用范圍
1．檢測發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率；
2．檢測減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率；
3．檢測各種機(jī)械加工中心，自動(dòng)機(jī)床的工作過程中的扭矩；
4．各種旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率；
5．檢測扭矩的同時(shí)可以檢測轉(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。
七、安裝使用
1．使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動(dòng)力源和負(fù)載之間。
圖六
2．建議用撓性、彈性或萬向節(jié)聯(lián)軸器，以保證同心度∠0.1mm以下。
3．動(dòng)力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動(dòng)。
4．將本傳感器的基座與設(shè)備的基座固定可靠，中心高須墊合適避免產(chǎn)生彎矩。
八、多種安裝方式
本傳感器經(jīng)過長期的批量試產(chǎn)，廣泛受到用戶的好評(píng)。本傳感器屬貫通形安裝方法，一般需要通過聯(lián)軸器安裝，為了便于在特殊要求的條件下使用，本傳感器還有七種變形結(jié)構(gòu)：
1．如果要求傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向不因安裝了傳感器而加長，則可使用智能聯(lián)軸器--既可以檢測扭矩，又可以承擔(dān)聯(lián)軸器的功能。也就是一種帶檢測功能的聯(lián)軸器。
2．被測傳動(dòng)系統(tǒng)不允許加長但可以拆卸時(shí)，則可以使用套裝式扭矩傳感器套在被測軸上即可測試。
3．被測傳動(dòng)系統(tǒng)既不允許加長又不可以拆卸時(shí)，則可以使用在現(xiàn)場組裝的卡裝式扭矩傳感器。從軸的兩側(cè)卡在軸上即可進(jìn)行測試。即可長期監(jiān)測也可短期檢測。與電流鉗形表相似。
4．有的測試系統(tǒng)既有扭力又有軸向力時(shí)則可以使用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸向力三參數(shù)傳感器；既可以避免軸向力對(duì)扭力測試的干擾又可以測量軸向力的信號(hào)；
5．在高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速下測試時(shí)可以使用無軸承式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器；
6．如果被測系統(tǒng)為不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)可以使用扭矩傳感變送器；
7．如果被測系統(tǒng)*大值在5mN·m至1N·m時(shí)可以使用小量程轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。
九、智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀
為了更方便的使用CKY800系列扭矩傳感器特配合設(shè)計(jì)了CKY-801智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀與計(jì)算機(jī)虛擬儀器，該兩種儀器可以直接顯示出正在測量的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，功率值的數(shù)值及曲線，也可以設(shè)定轉(zhuǎn)矩的限定值，報(bào)警，還可以保存本次測量的轉(zhuǎn)矩峰值及曲線，并且可以打印出上述各參數(shù)及曲線圖
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