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扭力傳感器:扭矩傳感器原理與應用知識

信息來源: http://www.thedamselsofficial.com  時間:2021-10-9 15:20:03 

扭矩傳感器的應用范圍



扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉速及機械功率的精密測量儀器。應用范圍十分廣泛,主要用于:
1、電動機、發動機、內燃機等旋轉動力設備輸出扭矩及功率的檢測;
2、風機、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測;
3、鐵路機車、汽車、拖拉機、飛機、船舶、礦山機械中的扭矩及功率的檢測;
4、可用于污水處理系統中的扭矩及功率的檢測;
5、可用于制造粘度計;
6、可用于過程工業和流程工業中。

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扭矩傳感器的種類



扭矩傳感器的種類有很多,主要有電位計式扭矩傳感器、金屬電阻應變片的扭矩傳感器、非接觸式扭矩傳感器等,隨技術的進步將會有精度更高、成本更低的傳感器出現。
1、電位計式扭矩傳感
電位計式扭矩傳感器主要可以分為旋臂式、雙級行星齒輪式、扭桿式。其中扭桿式測量結構簡單、可靠性能相對比較高,在早期應用比較多。
扭桿式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉角-位移變換器、電位計組成。扭桿彈簧主要作用是檢測司機作用在方向盤上的扭矩,并將其轉化成相應的轉角值。轉角-位移變換器是一對螺旋機構,將扭桿彈簧兩端的相對轉角轉化為滑動套的軸向位移,由剛球、螺旋槽和滑塊組成?;瑝K相對于輸入軸可以在螺旋方向上移動,同時滑塊通過一個銷安裝到輸出軸上,可以相對于輸出軸在垂直方向上移動。因此,當輸入軸相對于輸出軸轉動時,滑塊按照輸入軸的旋轉方向和相對于輸出軸的旋轉量,垂直移動。當轉動方向盤的時候,鈕矩被傳遞到扭力桿,輸入軸相對于輸出軸方向出現偏差。該偏差是滑塊出現移動,這些軸方向的移動轉化為電位計的杠桿旋轉角度,滑動觸點在電阻線上的移動使電位計的電阻值隨之變化,電阻的變化通過電位計轉化為電壓。這樣扭矩信號就轉化為了電壓信號。

扭桿式扭矩傳感器在早期應用比較多,但由于是接觸式的,工作時產生的摩擦使其易磨損,影響其精度,將會被逐步淘汰。

2、金屬電阻應變片的扭矩傳感器

傳感器扭矩測量采用應變電測技術。在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋,當彈性軸受扭矩產生微小變形后引起電橋電阻值變化,應變電橋電阻的變化轉變為電信號的變化從而實現扭矩測量。

傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。彈性軸是敏感元件,在45度和135度的方向上產生最大壓應力和拉應力,這個時候承受的主應力和剪應力相等。

測量電橋可以采用半導體電阻應變片,并將它們接成差動全橋,其輸出電壓正比于扭轉軸所受的扭矩。

放大電路采用儀器用放大電路,它由專用儀器用放大電路構成,也有三只單運放電路組合而成,為了使一起具有高精度,必須使靈敏度系數為常數。

在金屬電阻應變片的扭矩傳感器中,需要解決的技術關鍵是:

(1)彈性軸的工作區域不應該大于彈性區域的1/3,且取初始段。為了將遲滯誤差減低到最底,按照超載能力指數選取最大的軸徑。

(2)采用LM型硅擴散力敏全橋應變片,較好的敏感性,很小的非線形度。

(3)采用高精度的穩壓電源。

3、非接觸式扭矩傳感器

輸入軸和輸出軸由扭桿連接起來,輸入軸上有花鍵,輸出軸上有鍵槽。當扭桿受方向盤的轉動力矩作用發生扭轉時,輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了?;ㄦI和鍵槽的相對位移改變量等于扭轉桿的扭轉量,使得花鍵上的磁感強度改變,磁感強度的變化,通過線圈轉化為電壓信號。信號的高頻部分由檢測電路濾波,僅有扭矩信號部分被放大。非接觸扭矩傳感器由于采用的是非接觸的工作方式,因而壽命長、可靠性高,不易受到磨損、有更小的延時、受軸的偏轉和軸向偏移的影響更小,現已成為廣泛應用的主流產品。

4、其它扭矩傳感器

相位差傳感方式來檢測扭矩的扭矩傳感器,這種傳感器具有高精度,高重復性的特點。其測量原理為:在受扭軸的兩端各安上一個齒輪,對著齒面再各裝一個電磁傳感器,從傳感器上就能感應出兩個與動力軸非接觸的交流信號。取出其信號的相位差,在這兩個相位差之間,插入由晶體震蕩器產生的高精度,高穩定的時鐘信號。以這個時鐘信號為基準,巧妙運用數字信號處理技術就能精確地測出所承受的扭矩。

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