扭矩传感器的分类及其应用

Royliang

      摘要：机械动力设备的扭矩变化是其运行状况的重要信息。作为扭矩测试中不可或缺的重要部分，扭矩传感器也在不断发展。那么，它是如何分类的?有着怎样的发展历程?又有怎样的应用?
　　扭矩传感器主要用来测量各种扭矩、转速及机械效率，它将扭力的变化转化成电信号，其精度关系到所在测试系统的精度。其主要特点在于既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩和动态扭矩;并且检测精度高，稳定性好，抗干扰性强;不需反复调零即可连续测量正反转扭矩，没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行;它输出高电平频率信号可直接送计算机处理。下面我们简单了解一下常用的扭矩传感器都有哪些。
　　非接触式扭矩传感器
　　非接触式扭矩传感器也是动态扭矩传感器，又叫转矩传感器，转矩转速传感器，旋转扭矩传感器等。它的输入轴和输出轴由扭杆连接，输入轴上有花键，输出轴上则是键槽，当扭杆受到转动力矩作用发生扭转的时候，花键与键槽的相对位置则被改变，它们的相对位移改变量就是扭转杆的扭转量。这样的过程使得花键上的磁感强度变化，通过线圈转化为电压信号。
　　非接触扭矩传感器的特点是寿命长、可靠性高、不易受到磨损、有更小的延时、受轴的影响更小，应用较为广泛。

　　图1

　　应变片扭矩传感器
　　应变片扭矩传感器使用的是应变电测技术。它的原理是利用弹性轴，粘贴应变计，组成了测量电桥，当弹性轴受扭矩作用发生微小形变，电桥的电阻值就会发生变化，进而电信号发生了变化，实现扭矩的测量。
　　应变片扭矩传感器的特点是分辨能力高、误差较小、测量范围大、价格低廉，便于选择和大量使用。

　　图2

　　相位差式转矩转速传感器
　　相位差时扭转传感器就是扭转角相位差式传感器，它的原理就是根究磁电相位差式转矩测量技术，才弹性轴的两端安装两组齿数、形状及安装角完全相同的齿轮，齿轮外侧安装接近传感器。当弹性轴旋转时，两组传感器的波形产生相位差，从而计算出扭矩。
　　它的特点主要是实现了转矩信号的非接触传递，检测的信号是数字信号，转速较高。但是这种扭矩传感器体积较大，低转速时的性能不理想，因此应用已不是很广泛。

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　　另外，高性能无线扭矩传感器较为常用，它与无线通信技术结合在一起，实现了数据的无线传输。
　　扭矩传感器的历史
　　扭矩传感器的技术如今已经越来越成熟，然而其实它的发展还是经历了三个阶段。
　　测量技术的产生。1678年，罗伯特·胡克描述了著名的胡克定律材料延伸与相关材料张力之间的比例关系。并且，电桥电路的出现，使最小变化电压能够得到测量。
　　第一台旋转扭矩传感器诞生。1945年，市场上推出了第一台旋转扭矩传感器，它的原理是如果下方加载的轴的轴向扭矩扭转一个角度，转矩也会成比例变化。这个扭转的角度可以通过测量系统进行测量。

　　图3

　　现代扭矩传感器。现代扭矩传感器一般有模拟信号输出，在这些接口中，相邻的驱动器可能会产生干扰。之后数字的电子传感器的出现增强了抗干扰能力。
　　到目前为止，扭矩传感器还在飞速发展，种类和性能也更加丰富。它所在的测试系统也将向着微型化、数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展，由静态测试项动态在线检测方向发展。
　　扭矩传感器的应用
　　扭矩传感器作为一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器，目前主要应用在电动机、发动机等旋转动力设备检测;机车、汽车、飞机、矿上机械中的扭矩及功率检测等等。无论是工程制造业或者运输业或者科研院所等等地方都有扭矩传感器的身影。

　　图4

　　而在致远电子，扭矩传感器也是电机测试系统的重要组成部分。MPT1000电机测试系统可以选用国产及进口的两类扭矩传感器，在精度、扭矩、转速上满足不同行业客户的需求，并且能够根据客户的情况配置最具有性价比的设备，也保证整个系统最优化的性能。将扭矩传感器非常好的应用到了整个电机测试领域中。

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