理解扭力传感器的应用及分类

定义：

扭力传感器，又称扭力传感器、力矩传感器、转矩传感器、扭矩仪。扭力传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对改变力矩感知的检测。扭力传感器将扭力的物理变化转换成准确的电信号。

工作原理：

通常所说的转矩是外力矩，如机床主轴旋转是动力源提供的外力矩作用的结果，而扭矩是内力矩，主轴工作时，刀具切削力对主轴的反作用使之产生改变弹性变形，可用其权衡扭矩的大小。扭矩是使物体发作转动效应或改变变形的力矩，等于力和力臂的乘积。扭矩是在旋转动力系统中最频繁触及到的参数，为了检测旋转扭矩，运用较多的是改变角相位差式传感器。改变角相位差式传感器是在弹性轴的两端装置着两组齿数、外形及装置角度完整相同的齿轮，在齿轮的外侧各装置着一只接近(磁或光)传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就能够丈量出两组脉冲波，比拟这两组脉冲波的前后沿的相位差就能够计算出弹性轴所接受的扭矩量。

扭矩测试比拟成熟的检测手腕为应变电测技术，它具有精度高、频响快、牢靠性好、寿命长等优点。 将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是根本的扭矩传感器形式。

但是在旋转动力传送系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何牢靠地在旋转局部与静止局部之间传送，通常的做法是用导电滑环来完成。 由于导电滑环属于磨擦接触，因而不可防止地存在着磨损并发热，因此限制了旋转轴的转速及导电滑环的运用寿命。并且由于接触不牢靠惹起信号动摇，从而形成丈量误差大以至丈量不胜利。

为了克制导电滑环的缺陷，另一个方法就是采用无线电遥测的办法 ：将扭矩应变信号在旋转轴上放大并停止V/F转换成频率信号，经过载波调制用无线电发射的办法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接纳的办法，就能够得到旋转轴受扭的信号。 旋转轴上的能源供给是固定在旋转轴上的电池。该办法即为遥测扭矩仪。

分类：

扭力传感器分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。

非接触式扭矩传感器

非接触式扭矩传感器输入轴和输出轴由扭杆衔接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受方向盘的转动力矩作用发作改变时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就被改动了。花键和键槽的相对位移改动量等于改变杆的改变量，使得花键上的磁感强度改动，磁感强度的变化，经过线圈转化为电压信号。非接触扭矩传感器由于采用的是非接触的工作方式，因此寿命长、牢靠性高，不易遭到磨损、有更小的延时、 受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，曾经普遍用于轿车范畴。

在非接触式扭矩传感器中，常用的主要有应变式、磁电式、光纤式和光电式传感器。

应变式非接触传感器应用了无线传输技术。随着科技的进步和无线传输技术的开展，接触式应变片传感器输出信号所用的导电滑环和刷臂曾经可以用无线传输模块替代，从而克制了导电滑环和刷臂间的磨损，进步了丈量精度。

磁电式扭矩传感器是应用磁电转换的原理，剖析两路输出的电动势信号的相位差，从而到达丈量扭矩的目的。主要分为闭磁路式传感器和开磁路式传感器。

光纤式扭矩传感器主要是应用光反射原理和相位差原理，将轴上相应的两处位置反射的光信号读取后并计算出相位差，由此能算出相应的扭矩值。但是光纤式传感器易受环境影响，装置调试也相对较艰难。

光电式扭矩传感器以光电感应元件为中心部件。当传动轴上加载扭矩时，由光源发出的光的强度会发作相应变化，从而使光电元件的输出电流发作变化。经过丈量该变化值即可计算出扭矩值。

应变片扭矩传感器

应变片传感器扭矩丈量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成丈量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后惹起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而完成扭矩丈量。传感器就完成如下的信息转换；传感器由弹性轴、丈量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。

高性能无线型

高性能无线扭矩传感器将传感器与无线通讯技术分离在一同，完成了数据的无线传输。扭矩电信号由单片机控制的信号处置电路停止放大、A/D转换之后，编码器将采集到的数字量编码传送给发射模块停止发送。接纳模块接纳到数据后，解码器将译出的数据传送给单片机，由LED显现得到的扭矩数据值。传感器数据采集发射电路由扭矩传感器、信号处置局部、单片机和无线发射电路组成。扭矩传感器将电阻应变片产生的应变电信号传送到信号处置电路。信号处置局部对传感器模仿信号提取放大，并停止模/数转换。微处置器担任控制系统各局部器件的工作，并对数字信号停止处置。无线发射电路在微处置器的控制下，由编码器将采集到的信息数据停止相应的编码和处置，并用发射模块发射出。完成无线传输。

电式式

电子式扭矩仪是一种针对风机、水泵实验及现场能效评测的便携式高性能轴功率丈量仪器。电子式扭矩仪发明性的摒弃了传统机电式扭矩传感器繁琐、复杂、在很多现场环境下不易完成的装置过程，完成了风机、水泵电机效率的实时丈量，监测风机、水泵电机在运用过程中各环节的运转状态，对研讨风机、水泵电机的运用状态提供了实时、真实、牢靠的数据；防止了因机电式扭矩传感器装置不当对实验结果形成的影响。

电子式扭矩仪能完整取代传统扭矩传感器的轴功率丈量功用，并且能获取风机、水泵电机的实时效率，为风机、水泵机组节能提供了严谨、科学评测手腕。

应用：

扭矩传感器是一种丈量各种扭矩、转速及机械功率的精细丈量仪器。应用范围非常普遍，主要用于：

1、交(直）流电动机、伺服电机、步进电机；

2、汽车发起机、柴油机、转向器、车身整体刚性改变以及其他部件加工过程的控制和检测；

3、电（手）动执行器，各种阀门自动开闭控制。

4、石油开采和提炼过程控制和监测、火(水）力发电设备的监测、矿石挑选控制，风力发电设备的监测。

5、各种资料扭矩寿命实验。

6、铁路机械设备过程控制等等，详细如下：

（1）、检测发电机、电动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩极功率。

（2）、检测减速机、风机、泵、搅拌机、卷扬机、螺旋桨，钻探机械等设备的负载扭矩极输入功率。

（3）、检测各种机械加工中心，自动机床的工作过程中的扭矩。

（4）、各种旋转动力设备系统所传送的扭矩极效率。

（5）、检测扭矩的同时能够检测转速、轴向力。

（6）、可用于制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手。