扭矩傳感器在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)扭矩是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中扭矩傳感器最常涉及的參數(shù)。為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩，傳統(tǒng)上使用扭轉(zhuǎn)角相位差傳感器。該方法是在彈性軸的兩端安裝兩組齒數(shù)、形狀、安裝角度相同的齒輪，在每個(gè)齒輪的外側(cè)安裝一個(gè)接近(磁或光)傳感器。當(dāng)彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩組傳感器可以測(cè)量?jī)山M脈搏波，通過(guò)比較兩組脈搏波前后沿的相位差可以計(jì)算出彈性軸承受的扭矩。該方法的優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)了扭矩信號(hào)的非接觸傳遞，檢測(cè)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)；缺點(diǎn):體積大，安裝困難。低速時(shí)，由于脈搏波前后沿較慢，難以比較，低速性能不理想。(扭矩測(cè)試成熟的檢測(cè)方法是應(yīng)變電測(cè)技術(shù)。它具有精度高、頻響快、可靠性好、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

用應(yīng)變膠將測(cè)量扭矩的專用應(yīng)變儀粘貼在被測(cè)彈性軸上，形成應(yīng)變橋。如果向應(yīng)變橋提供工作電源，可以測(cè)試彈性軸的電信號(hào)。這是基本的扭矩傳感器模式。然而，在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸系統(tǒng)中，最困難的問(wèn)題是如何在旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間可靠地傳輸旋轉(zhuǎn)體上應(yīng)變橋的橋壓輸入和檢測(cè)到的應(yīng)變信號(hào)的輸出，這通常是通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)來(lái)完成的。由于導(dǎo)電滑環(huán)是摩擦接觸，不可避免的會(huì)磨損發(fā)熱，限制了轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。并且由于接觸不可靠導(dǎo)致信號(hào)波動(dòng)，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，另一種方法是使用無(wú)線電遙測(cè):將轉(zhuǎn)軸上的扭矩應(yīng)變信號(hào)放大，用V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，然后通過(guò)載波調(diào)制從轉(zhuǎn)軸通過(guò)無(wú)線電傳輸?shù)捷S外，再通過(guò)無(wú)線電接收。

轉(zhuǎn)軸上的電源是固定在轉(zhuǎn)軸上的電池。該方法是遙測(cè)扭矩儀。遙測(cè)扭矩儀的成功在于克服了電動(dòng)滑環(huán)的兩個(gè)缺點(diǎn)，但也有三個(gè)缺點(diǎn):一是在使用現(xiàn)場(chǎng)容易受到電磁波的干擾；第二，因?yàn)槭请姵毓╇姡荒芏虝r(shí)間使用。第三，由于轉(zhuǎn)軸上的附加結(jié)構(gòu)，容易造成高速時(shí)的動(dòng)平衡問(wèn)題。特別是小量程、小直徑軸。數(shù)字扭矩傳感器吸收了上述方法的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)。基于應(yīng)變傳感器，設(shè)計(jì)了兩套旋轉(zhuǎn)變壓器，實(shí)現(xiàn)能量和信號(hào)的非接觸傳輸。扭矩信號(hào)的傳遞與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。

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