數(shù)字式扭矩傳感器原理及應(yīng)用

zhu272

# L* c, d0 f6 A8 H

一
# ]% P* t' l! z) k8 u傳統(tǒng)扭矩傳感器同數(shù)字式扭矩傳感器的比較
6 `6 G/ b& ^* a- u6 w/ N6 {　　在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測(cè)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)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，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(cè)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(cè)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(jiàn)圖一）

扭矩測(cè)試比較成熟的檢測(cè)手段為應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 將專(zhuān)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)。這就是基本的扭矩傳感器模式。 (見(jiàn)圖二)但是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問(wèn)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(lái)完成。

圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖 # d& r- A7 P% n7 A" x  H" E

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(cè)量誤差大甚至測(cè)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(wú)線電遙測(cè)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(guò)載波調(diào)制用無(wú)線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無(wú)線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號(hào)。	- k9 K8 ?) b8 r5 N
	圖二 基本的扭矩傳感器

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(cè)扭矩儀。 (見(jiàn)圖四)遙測(cè)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(chǎng)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(wèn)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(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。 0 P$ ~) ^7 O1 y) {  ^6 O二 數(shù)字式扭矩傳感器的特點(diǎn) : r6 o2 ]8 Q7 D7 I+ Z　　1. 既可以測(cè)量靜止扭矩，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩; 　　2..既可以測(cè)量靜態(tài)扭矩，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩； * S0 a5 Q$ Y, Q6 N8 H% \; E

3. 檢測(cè)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； $ C! _& D7 t; @+ O; s, f; M　　5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩; 　　6.沒(méi)有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)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； ) j: |) c6 E5 Y/ ^. C" N3 f. u　　8．測(cè)量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過(guò)載。 5 B4 T# E+ u. k0 n. b4 Z三 9 _1 M; U6 P: o3 s9 G數(shù)字式扭矩傳感器的測(cè)量原理 6 f& _: d% n$ U7 _! N, X# U將專(zhuān)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 ,向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)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(guò)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(wú)接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分)

" h8 o) |: R  F# X2 Z& p
. ~# l0 r; g9 P6 C: j5 f 8 C1 g! Q" a7 W; ?2 q		/ J8 A" W3 b0 B: b+ z1 R. h7 `   P1 }2 a6 b/ f
$ ?2 B& L* D. |6 C . J6 Q* e4 ?" |7 B) a3 C	. J6 ~/ v4 ^6 O+ \- s

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
數(shù)字式扭矩傳感器輸出
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(mǎn)量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿(mǎn)量程時(shí)為5KHz。即滿(mǎn)量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測(cè)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(cè)頻的方法，低速采樣時(shí)可以用測(cè)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(wú)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
+ m$ `0 V4 A/ l6 u1 ?$ o  }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(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下。
4 G3 s7 m% I2 @1 R- T) O　　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，中心高須墊合適平穩(wěn)避免產(chǎn)生彎矩 。
; G% q; ?% D7 p7 v3 v附表
主要功能及性能指標(biāo)：

( G: |4 n4 Z! b% _扭矩示值誤差： ＜± 0.5 % F · S	: ~, I7 M* x0 _; z: @5 U- C% |8 n靈敏度： 1±0.2 mv / V
非線性： ＜±0.25 % F· S	重復(fù)性： ＜±0.2% F· S + B' e3 B* K" c( ~3 E
回差： ＜0.2 % F· S + l; X/ B$ M3 Z2 l	零飄（24小時(shí)）： ＜0.5 % F· S * k% B0 K' p" v; x+ c+ k
零點(diǎn)溫飄： ＜0.5 % F· S /10℃ - F7 F# T9 m& Y9 ]0 x  @+ P$ h	# x2 Q7 x& F/ m* p9 W9 h; l& I輸出阻抗： 1KΩ ±3Ω + M1 A1 L- l, m% q- s
: U: i1 g0 y. t8 F& L3 A# `絕緣阻抗： >500MΩ	靜態(tài)超載： 120 %   P! F& L  B5 I4 e: H
斷裂負(fù)載： 200 %	$ C6 J4 Y4 E# }, V0 d; \. M( o/ [使用溫度： 0 ～ 60℃
2 j4 }+ Q+ n- s- _" @儲(chǔ)存溫度： －20 ～ 70℃	8 l1 ~) |" A! a, K! k0 U1 J7 i, S( J電源電壓： +15V±5%,-15V±5%
$ @3 R7 S7 r/ C9 @* f9 R2 }! g  t  {總消耗電流： ＜130mA ! v, Y' K) \: r1 i	頻率信號(hào)輸出： 5KHz—15KHz 7 D9 h7 W: _- D* ~) L
0 M1 l) o' ]9 @( L: {' ]: W* O( _負(fù)額定扭矩：5KHz±10Hz   L$ s" e3 N1 C* s5 U- ?	零扭矩：10KHz±10Hz
9 P2 ~/ ~5 t2 H# I" V2 k9 Z; v正額定扭矩：15KHz±10Hz	信號(hào)占空比： （50±10）%

北京昆銳測(cè)控技術(shù)有限公司歡迎你的轉(zhuǎn)載。轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處，謝謝合作。

網(wǎng)址：http://www.niuju163.com/    聯(lián)系電話(huà)：010-51285883

被遺忘的一族

廣告帖子