轉(zhuǎn)矩-扭矩

 

使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，簡(jiǎn)稱轉(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)。 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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