【導(dǎo)讀】一說(shuō)到扭矩傳感器,可能很多人一下子覺(jué)得頭腦空白,光是提及這個(gè)扭矩傳感器這個(gè)代名詞,我也覺(jué)得很空洞,對(duì)它沒(méi)任何概念。那我再給大家多一點(diǎn)提示吧,扭矩傳感器一般會(huì)應(yīng)用與飛機(jī)、汽車(chē)、水泵等的功率的檢測(cè)中。這樣進(jìn)一步的解釋?zhuān)欠窦由盍四鷮?duì)扭矩傳感器的印象了呢?不管有沒(méi)有,接下來(lái)就讓我為大家詳細(xì)介紹介紹它吧。要明白什么是扭矩傳感器,我們首先要明白什么是扭矩。
轉(zhuǎn)矩-扭矩
使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩。機(jī)械元件在轉(zhuǎn)矩作用下都會(huì)產(chǎn)生一定程度的扭轉(zhuǎn)變形,故轉(zhuǎn)矩有時(shí)又稱(chēng)為扭矩。轉(zhuǎn)矩是各種工作機(jī)械傳動(dòng)軸的基本載荷形式,與動(dòng)力機(jī)械的工作能力、能源消耗、效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系,轉(zhuǎn)矩的測(cè)量對(duì)傳動(dòng)軸載荷的確定與控制、傳動(dòng)系統(tǒng)工作零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及原動(dòng)機(jī)容量的選擇等都具有重要的意義。此外,轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)系T=9549P/n
電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩表示額定條件下電機(jī)軸端輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩等于力與力臂或力偶臂的乘積,在國(guó)際單位制(SI)中,轉(zhuǎn)矩的計(jì)量單位為牛頓?米(N?m),工程技術(shù)中也曾用過(guò)公斤力?米等作為轉(zhuǎn)矩的計(jì)量單位。電機(jī)軸端輸出轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械功率除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度。直流電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式TK=9.55KeIK torque
轉(zhuǎn)矩傳感器
利用扭軸把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成扭應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)角,再轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)矩成一定關(guān)系的電信號(hào)的傳感器。扭軸的形式有實(shí)心軸、空心軸、矩形軸等。按照作用原理不同,扭應(yīng)力式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為電阻應(yīng)變式和壓磁式兩種;扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩傳感器可分為振弦式、光電式和相位差式三種。
電阻應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器 它把電阻應(yīng)變片(見(jiàn)電阻應(yīng)變計(jì)貼在扭軸上,應(yīng)變電橋的供電和從橋路輸出信號(hào)都必須通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)(圖1)。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,但因使用導(dǎo)電滑環(huán),振動(dòng)頻率較低,不適于高速旋轉(zhuǎn)體和扭軸振動(dòng)較大的場(chǎng)合使用。 轉(zhuǎn)矩是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械的重要工作參數(shù),而轉(zhuǎn)矩測(cè)量已成為機(jī)械量測(cè)量中一個(gè)重要組成部分。轉(zhuǎn)矩測(cè)量應(yīng)用范圍很廣泛,它滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、國(guó)防、能源、化工等各個(gè)領(lǐng)域。若能準(zhǔn)確、可靠、方便地測(cè)出受試機(jī)械的平均或瞬時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率,這對(duì)改進(jìn)和提高旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械的性能大有裨益。同時(shí),在受試機(jī)械中,轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)可作為日常運(yùn)行的監(jiān)視裝置,起到故障診斷的作用或可用做自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置。 轉(zhuǎn)矩測(cè)量技術(shù)的發(fā)展取決于傳感器、信號(hào)傳輸和測(cè)量?jī)x的研究。傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。
信號(hào)傳輸由接觸式滑環(huán)傳輸發(fā)展成無(wú)接觸式傳輸。目前,由于微機(jī)的應(yīng)用,轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x性能大大提高。本文研究的磁彈性轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x由磁彈性轉(zhuǎn)矩傳感器和后續(xù)測(cè)量電路組成,它是利用鐵磁材料的磁彈性效應(yīng)(壓磁效應(yīng))測(cè)量轉(zhuǎn)矩的儀表。由于測(cè)量元件不與轉(zhuǎn)軸接觸,不隨轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng),因此信號(hào)的引出較方便,不需要導(dǎo)電滑環(huán),可靠性高,堅(jiān)固耐用,且對(duì)溫度和干擾不敏感。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,輸出電壓與轉(zhuǎn)矩呈線(xiàn)性關(guān)系。 本文詳細(xì)地介紹了磁彈性轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x的各個(gè)組成部分,重點(diǎn)研究了如何準(zhǔn)確地、可靠地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量。
壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器 它的扭軸由鐵磁材料制成,受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)軸中產(chǎn)生方向性應(yīng)力,并出現(xiàn)磁的各向異性,即在拉應(yīng)力作用下磁阻減少;而在壓應(yīng)力作用下磁阻增大。這種傳感器沒(méi)有導(dǎo)電滑環(huán),屬于非接觸測(cè)量,具有可靠性高、堅(jiān)固耐用、輸出電壓高、對(duì)溫度和干擾不敏感等優(yōu)點(diǎn)。
振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器 它利用振弦敏感扭轉(zhuǎn)角來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩(見(jiàn)振弦式傳感器),其特點(diǎn)是采用頻率信號(hào)傳遞方式,抗干擾性能好。
光電式轉(zhuǎn)矩傳感器 它由一個(gè)扭軸和兩個(gè)光柵盤(pán)構(gòu)成(圖2)。兩光柵盤(pán)上有相等數(shù)量輻射狀黑色部位。扭軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角變形,光柵盤(pán)1與2相差一個(gè)角度,形成透光口,光電元件遂有一調(diào)寬脈沖輸出,轉(zhuǎn)矩越大,透光口開(kāi)度也越大,因而光電流脈沖的寬度也就越大。脈沖電流平均值與轉(zhuǎn)矩成正比。這種傳感器屬于非接觸式,但光源必須穩(wěn)壓供電(見(jiàn)光電式傳感器)。
相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器 它由一個(gè)扭軸兩個(gè)齒輪和一對(duì)磁阻式脈沖發(fā)生器組成。每個(gè)齒輪的齒頂上方裝有由線(xiàn)圈和磁鋼所組成的檢測(cè)器。當(dāng)扭軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí),兩個(gè)檢測(cè)器的輸出電壓產(chǎn)生相位差,它與所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小相對(duì)應(yīng),測(cè)出相位差就可測(cè)量相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。這種傳感器的特點(diǎn)是測(cè)量精度高,屬于非接觸測(cè)量,穩(wěn)定性好,轉(zhuǎn)矩值用數(shù)字量直讀,容易進(jìn)行記錄和控制,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
扭矩傳感器,(又稱(chēng)力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀)分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類(lèi),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。 扭矩傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè)。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì),電動(dòng)(氣動(dòng),液力)扭力扳手,它具有精度高,頻響快,可靠性好,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
扭矩是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù),為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩,使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器。該傳感器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。
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。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。 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(xiàn)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(xiàn)電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外,再用無(wú)線(xiàn)電接收的方法,就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號(hào)。 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。
扭矩傳感器是一種測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量?jī)x器。應(yīng)用范圍十分廣泛,主要用于:
1、電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率的檢測(cè);
2、風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測(cè);
3、鐵路機(jī)車(chē)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢測(cè);
4、可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測(cè);
5、可用于制造粘度計(jì);
6、可用于過(guò)程工業(yè)和流程工業(yè)中;
7、可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室,測(cè)試部門(mén)以及生產(chǎn)監(jiān)控和質(zhì)量控制;
注意事項(xiàng):
1.安裝時(shí),不能帶電操作,切莫直接敲打、碰撞傳感器。
2.聯(lián)軸器的緊固螺栓應(yīng)擰緊 ,聯(lián)軸器的外面應(yīng)加防護(hù)罩,避免人身傷害。
3.信號(hào)線(xiàn)輸 出不得對(duì)地 ,對(duì)電源短路,輸出電流不大于10mA· 屏蔽電纜線(xiàn)的屏蔽層必須與 +15V電源的公共端(電源地)連接。
以上便是我為大家整理出來(lái)的有關(guān)扭矩傳感器的一些基本的信息了,雖然通常接觸到它的都是一些專(zhuān)業(yè)人士,而我們只是使用它,并不會(huì)真正接觸到它,但是,我覺(jué)得能夠多多了解這方面的信息、知識(shí)還是非常有必要的。學(xué)習(xí)了解了,我們不一定非得使用它,但是學(xué)到了就會(huì)成為我們自己的東西,隨時(shí)都可以拿出來(lái)用,不要等到真正需要時(shí),才知道著急求助。
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