扭矩傳感器

扭矩可以分為兩大類，靜態(tài)扭矩或動(dòng)態(tài)扭矩。用于測(cè)量扭矩的方法可以被 進(jìn)一步分為兩類，反扭矩和聯(lián)機(jī)扭矩測(cè)量。被測(cè)扭矩的類型以及現(xiàn)有各類傳感 器，對(duì)所測(cè)的數(shù)據(jù)精度及測(cè)量的成本有重要影響。

1. “靜態(tài)”扭矩

這個(gè)靜態(tài)是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量彈性體不參與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。從受力理解，這類測(cè)試是 測(cè)試彈性體相對(duì)受的反作用力。常見(jiàn)的是一端固定，另一端受力的軸。 也有某些特殊的設(shè)計(jì)能夠以靜態(tài)的方式測(cè)量動(dòng)態(tài)的扭矩，比如測(cè)試電機(jī)扭矩的 扭矩臺(tái)，電機(jī)固定在一個(gè)臺(tái)架上，電機(jī)運(yùn)行中對(duì)臺(tái)架產(chǎn)生的反作用力被檢測(cè)并 還原為扭矩。

2. 動(dòng)態(tài)扭矩

動(dòng)態(tài)扭矩的測(cè)量彈性體一般會(huì)參與相對(duì)運(yùn)動(dòng)（主要是轉(zhuǎn)動(dòng)）。因?yàn)橛邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)， 所以整體設(shè)計(jì)上對(duì)引線/信號(hào)處理以及機(jī)械連接方式要求較高。一般采用軸-軸聯(lián) 軸器或法蘭-法蘭彈性連接器。

反扭矩與聯(lián)機(jī)扭矩的比較

通過(guò)在扭矩支撐零件之間插入一種扭矩傳感器，可以做聯(lián)機(jī)扭矩測(cè)量，非常類似 于在套筒和套筒扳手之間插入延長(zhǎng)桿。旋轉(zhuǎn)套筒所需要的扭矩直接由套筒延長(zhǎng)桿 支

撐。該方法容許扭矩傳感器被放置在盡可能與感興趣的扭矩靠近的地方，并避 免可能出現(xiàn)的測(cè)量誤差，如寄生扭矩(軸承等等)、無(wú)關(guān)負(fù)載和具有大的旋轉(zhuǎn)慣性 的零件(會(huì)阻尼動(dòng)態(tài)扭矩)。

2.反扭矩

反扭矩傳感器利用了牛頓第三定律： ‘兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是大 小相等而方向相反。為了測(cè)量電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩，我們可能采用如上所述的聯(lián) 機(jī)測(cè)量方法，或我們可能測(cè)量需要多大的扭矩才能阻止電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，通常稱為 反扭矩 。

扭矩傳感器的分類

按連接方式可分為： 軸式 法蘭式 擰緊式

按信號(hào)/能源的傳遞方式不同動(dòng)態(tài)的扭矩測(cè)試產(chǎn)品又分為以下幾種：

A.集流環(huán)式

B.旋轉(zhuǎn)變壓器式（耦合式）

C.紅外線(IR)式

D.調(diào)頻發(fā)射機(jī)式

按檢測(cè)方法分扭矩傳感器可分為以下幾種：

1.壓磁式扭矩傳感器

2.磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

3.光電式扭矩傳感器

4.數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器

軸式扭矩傳感器 法蘭式扭矩傳感器

A.集流環(huán)(slipring)

集流環(huán)又稱集電環(huán)，或稱旋轉(zhuǎn)電氣接口、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、匯流環(huán)、滑環(huán)，實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的信號(hào)及電流傳遞的精密輸電裝置。是開(kāi)展以應(yīng)變片測(cè)量技 術(shù)為基礎(chǔ)的非電量電測(cè)的重要器件。特別適合應(yīng)用在需要無(wú)限制的，連續(xù)或斷 續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場(chǎng)所。

在旋轉(zhuǎn)的傳感器和固定的電子部件之間建立連接，最常見(jiàn)的方法是采用集流環(huán) (slipring)。它由一組跟傳感器一起旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電環(huán)、一連串與導(dǎo)電環(huán)接觸的導(dǎo)電刷和 發(fā)送傳感器信號(hào)的(電極)構(gòu)成。 滑環(huán)是一種在各種應(yīng)用中獲得廣泛應(yīng)用、性能良好和經(jīng)濟(jì)的解決方案。相對(duì)而言， 這種直截了當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法缺點(diǎn)很少，是一種在大多數(shù)應(yīng)用中經(jīng)受了時(shí)間考驗(yàn)的方案。 但是，導(dǎo)電刷和不太寬的導(dǎo)電環(huán)是消耗品，壽命有限，不適用于長(zhǎng)期測(cè)試之用，也 不適用于要定期保養(yǎng)的應(yīng)用。

在中低速(旋轉(zhuǎn)的情形下)，導(dǎo)電環(huán)和導(dǎo)電刷之 間的電氣連接相對(duì)而言沒(méi)有噪聲，然而，在 較高速(旋轉(zhuǎn)引起)的噪聲將嚴(yán)重降低它們的性 能。滑環(huán)的******旋轉(zhuǎn)速度(rpm)由導(dǎo)電刷/導(dǎo)電 環(huán)接觸表面的速度決定。因此，對(duì)于較大的、 典型的(具有)較高扭矩力的傳感器，由于滑環(huán) 的直徑較大，因而在給定的rpm條件下表面速 度就較高，從而導(dǎo)致******工作速度較低。 對(duì)于力的大小為中等的扭矩傳感器，典型的 ******速度在5,000 rpm范圍內(nèi)。導(dǎo)電刷/導(dǎo)電環(huán) 界面的拖曳力矩可能引起問(wèn)題，特別是對(duì)非 常小的扭矩力進(jìn)行測(cè)量或應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)扭矩遇 到的麻煩可能是無(wú)法克服導(dǎo)電刷的拖曳力矩。

工作原理：軸套（軸）隨被測(cè)量軸一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)用電阻應(yīng)變片測(cè)量轉(zhuǎn)軸上所承受的扭 矩，及其它負(fù)荷引起的應(yīng)力等，可在被測(cè)軸上貼上電阻應(yīng)變片、電阻應(yīng)變片的引線焊 在集流環(huán)接線盤的焊點(diǎn)上，旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸受扭力，就會(huì)產(chǎn)生扭力及變形，使貼于其上電 阻發(fā)生變化，能過(guò)滑環(huán)及電刷將變化有信號(hào)引出，送至相應(yīng)的二次儀表放大，顯示或 記錄。這樣就可以測(cè)出被測(cè)軸所受扭矩等的信號(hào)大小。

1、2、3-加速度傳感器；4-集流環(huán)；5-滾輪；6-碳刷架；7-機(jī)架

缺點(diǎn)是因?yàn)閷儆谀Σ敛荒艹惺芎芨叩霓D(zhuǎn)速，即是采用空氣降溫或液體降溫（目 前氟里昂在西方國(guó)家已被禁用）。摩擦造成信號(hào)噪音會(huì)隨著使用增加。單集流 環(huán)的優(yōu)點(diǎn)也是別的產(chǎn)品很難替代的，首先是它的高響應(yīng)速度/數(shù)據(jù)傳輸速度， 因?yàn)槭悄M方式集流環(huán)不存在信號(hào)的延遲或使響應(yīng)問(wèn)題，某些高動(dòng)態(tài)試驗(yàn)只能 靠集流環(huán)。

B.旋轉(zhuǎn)變壓器式（耦合式）

為了克服滑環(huán)的一些缺點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)出了旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。它利用旋轉(zhuǎn) 變壓器，把電能傳輸給正在旋轉(zhuǎn)的傳感器。外部?jī)x器通過(guò)激勵(lì)變壓器把一個(gè) 交流激勵(lì)電壓提供給應(yīng)變計(jì)橋。傳感器的應(yīng)變計(jì)橋然后驅(qū)動(dòng)次級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器 線圈，以便從旋轉(zhuǎn)的傳感器取出扭矩信號(hào)。通過(guò)取消滑環(huán)的導(dǎo)電刷和導(dǎo)電環(huán)， 易于磨損的問(wèn)題消失了，使旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)適合于長(zhǎng)期測(cè)試應(yīng)用。

圖4：旋轉(zhuǎn)變壓器改善性能

由滑環(huán)中導(dǎo)電刷裝配引起的寄生拖曳力矩也 消失了。然而，由于需要軸承且變壓器芯易 碎，******旋轉(zhuǎn)速度仍然受到限制，僅僅比滑 環(huán)方案好一點(diǎn)。變壓器初級(jí)和次級(jí)的對(duì)準(zhǔn)會(huì) 引入噪聲和誤差，系統(tǒng)也容易受到兩者的影 響。因?yàn)樾D(zhuǎn)變壓器存在特殊的要求，還需 要專用信號(hào)調(diào)理(電路)，以便產(chǎn)生大多數(shù)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)可接收的信號(hào)，從而進(jìn)一步增加 已經(jīng)比典型的滑環(huán)零件更貴的系統(tǒng)成本。

C.紅外線(IR)式

跟旋轉(zhuǎn)變壓器一樣，紅外線(IR)扭矩傳感器采用不接觸方法，從旋轉(zhuǎn)的傳感器把 扭矩信號(hào)取回到固定的世界。相似地，利用旋轉(zhuǎn)變壓器耦合，電源被傳輸?shù)叫?轉(zhuǎn)傳感器。然而，與其被直接用于激勵(lì)應(yīng)變計(jì)橋，不如被用于為旋轉(zhuǎn)的傳感器 供電。該電路把激勵(lì)電壓提供給傳感器的應(yīng)變計(jì)橋，并把傳感器的輸出信號(hào)數(shù) 字化。

D.調(diào)頻發(fā)射機(jī)

另外一種在旋轉(zhuǎn)傳感器與固定世界之間建立連接的方法是采用調(diào)頻(FM)發(fā)射機(jī)。 這些發(fā)射機(jī)被用于把任意傳感器遙控—無(wú)論是力傳感器還是扭矩傳感器—連接到 遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；發(fā)射機(jī)把傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并發(fā)送到一臺(tái)FM 接收機(jī)；而FM接收機(jī)把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬電壓。

對(duì)于扭矩應(yīng)用，它們通常被用于一 種專業(yè)的傳感器，如當(dāng)應(yīng)變計(jì)被直接應(yīng) 用到驅(qū)動(dòng)軸中零件的時(shí)候，例如，這可 能是車輛的傳動(dòng)軸或半軸。發(fā)射機(jī)提供 的好處是便于安裝在零件上，正如它通 常就被夾帶計(jì)量軸一樣，并且它可重新 被用于多定制傳感器。旋轉(zhuǎn)的傳感器確 實(shí)存在需要電源供電的缺點(diǎn)，典型值為 9V，從而使之不適用于長(zhǎng)期測(cè)試。 目前衍生出兩類產(chǎn)品，一類是HBM為 代表的環(huán)形黃銅天線射頻，依靠射頻信 號(hào)傳遞信號(hào)和能源到旋轉(zhuǎn)的彈性體，另 一類是美國(guó)LEBOW的數(shù)字式方式，將 測(cè)試信號(hào)數(shù)字化后再用射頻輸出，采用弧形天線。這兩類目前是測(cè)功機(jī)以及各種大 型扭矩測(cè)試的主流產(chǎn)品。數(shù)字方式更靈活，可以壓縮數(shù)據(jù)以便提高數(shù)據(jù)傳輸速率， 可以多通道并行。缺點(diǎn)是目前對(duì)高頻響數(shù)字方式還有很大的局限。

1.壓磁式扭矩傳感器

工作原理： 鐵磁材料的轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時(shí)，導(dǎo)磁率發(fā)生變化。

上圖( 壓磁式扭矩傳感器) 中，分別繞有線圈A和B，其中A-A沿軸線，B-B沿垂直于軸線放置，彼此互相 垂直。兩個(gè)鐵芯的開(kāi)口端與轉(zhuǎn)軸表面保持1-2mm空隙，當(dāng)A-A線圈通入交流電， 形成通過(guò)轉(zhuǎn)軸的交變磁場(chǎng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，磁力線和B-B線圈不交鏈；轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時(shí)，轉(zhuǎn)軸材 料導(dǎo)磁率變化，沿正應(yīng)力方向磁阻減小，沿負(fù)應(yīng)力方向磁阻增大，從而使磁力 線分布改變，使部分磁力線與B-B線圈交鏈，并在B-B線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感 應(yīng)電勢(shì)隨扭矩增大而增大，并在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。 為提高壓磁式扭矩傳感器的測(cè)試精度和靈敏度,設(shè)計(jì)了一種三磁極差動(dòng)式壓 磁扭矩傳感器,論述了這種傳感器的工作原理并導(dǎo)出了其感應(yīng)電壓輸出方程和 電流靈敏度計(jì)算式.通過(guò)試驗(yàn),分析了傳感器勵(lì)磁電流強(qiáng)度、頻率以及測(cè)試磁隙 等對(duì)其輸出特性的影響,也證明了這種傳感器比傳統(tǒng)交叉鐵心壓磁式扭矩傳感 器有更高的測(cè)試精度和靈敏度.

2.磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

如左圖( 磁電感應(yīng)式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸上 固定兩個(gè)齒輪1和2，它們的材質(zhì)、尺寸、齒形和 齒數(shù)均相同。******磁鐵和線圈組成的磁電式檢測(cè) 頭3和4對(duì)著齒頂安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí)，兩線 圈輸出信號(hào)相同，相位差為零。轉(zhuǎn)軸承受扭矩后， 相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對(duì) 扭轉(zhuǎn)角的增加而加大，其大小與相對(duì)扭轉(zhuǎn)角、扭 矩成正比。 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。

3.光電式扭矩傳感器

光電式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩只圓盤光柵，通過(guò)兩光柵之 間相對(duì)扭轉(zhuǎn)角來(lái)測(cè)量扭矩。

如左圖(光電式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸4上固 定兩只圓盤光柵3，在不承受扭矩時(shí)，兩光柵的 明暗區(qū)正好互相遮擋，光源1的光線沒(méi)有透過(guò)光 柵照射到光敏元件2，無(wú)輸出信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭 矩后，轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)角，部 份光線透過(guò)光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信 號(hào)。扭矩愈大，扭轉(zhuǎn)角愈大，穿過(guò)光柵的光通 量愈大，輸出信號(hào)愈大，從而可實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。

4.數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器

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。 (見(jiàn)左圖)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。 (見(jiàn) 下圖)遙測(cè)扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項(xiàng)缺陷，但也存在著三個(gè)不足 之處，其一：易受使用現(xiàn)場(chǎng)電磁波的干擾；其二：由于是電池供電，所以只能 短期使用。其三：由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)平衡問(wèn)題。 在小量程及小直徑軸時(shí)更突出。數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點(diǎn) 并克服了其缺陷,在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實(shí)現(xiàn)了能源及 信號(hào)的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無(wú) 關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)。

數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器特點(diǎn)

1.既可以測(cè)量靜止扭矩，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;

2. 既可以測(cè)量靜態(tài)扭矩，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩；

3. 檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng)；

4. 體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用；

5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩;

6. 沒(méi)有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；

7. 傳感器輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理；

8. 測(cè)量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過(guò)載。

測(cè)量原理

將專用的測(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 ,向應(yīng)變橋提供 電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過(guò)壓/頻轉(zhuǎn)換，變 成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。本系統(tǒng)的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特 殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部 分) 傳感器原理結(jié)構(gòu) 在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測(cè)扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器； 在軸上固定著： (1)能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，(2)信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈，(3) 軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信 號(hào)輸出電路。在傳感器的外殼上固定著(1)激磁電路，(2)能源環(huán)形變壓器的初級(jí)線 圈(輸入)，(3) 信號(hào)環(huán)形變壓器次級(jí)線圈(輸出)，(4)信號(hào)處理電路。

工作過(guò)程

向傳感器提供 ± 15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò) TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的 初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到 ±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與 雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生 ± 4.5V的精密直流電源，該電源既作 為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋 檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v ± 1v的強(qiáng)信號(hào)， 再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí) 線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可 得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用 二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)－－靜環(huán)之 間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有 效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 傳感器輸出的頻率信號(hào)在零點(diǎn)時(shí)為 10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn) 滿量程時(shí)為5KHz。即滿量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用光電齒輪或者 磁電齒輪的測(cè)量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個(gè)脈沖，高速或中速采樣時(shí)可以用 測(cè)頻的方法，低速采樣時(shí)可以用測(cè)周期的方法。本傳感器精度可達(dá) ± 0.2%～ ± 0.5%（F · S）。由于傳感器輸出為頻率信號(hào)，所以無(wú)需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計(jì) 算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

應(yīng)用范圍

1. 檢測(cè)發(fā)電機(jī)，電動(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。

2. 檢測(cè)減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載 扭矩及輸入功率。

3. 檢測(cè)各種機(jī)械加工中心，自動(dòng)機(jī)床的工作過(guò)程中的扭矩

4. 各種旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率；

5. 檢測(cè)扭矩的同時(shí)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)速，軸向力。

6. 可用于制造粘度計(jì)，電動(dòng)(氣動(dòng)，液力)扭力扳手

目前傳感器主要發(fā)展動(dòng)向?yàn)椋?/span>

1. 傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。以往扭矩傳感器大部分屬于介入式，即必須 作為傳動(dòng)軸一部分才能使用，這樣限制了它的應(yīng)用范圍，一般用于實(shí)驗(yàn)室、臺(tái) 架測(cè)量?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器， 只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊，無(wú)須斷開(kāi)軸系，這樣給實(shí)際工況測(cè)量扭 矩帶來(lái)很大的方便。再如振弦式傳感器、磁彈性傳感器都屬于不介入式扭矩傳 感器。

2. 對(duì)新型扭矩傳感器的研究的同時(shí)并對(duì)經(jīng)典扭矩傳感器加以改進(jìn)。隨著新原理、 新材料的發(fā)現(xiàn)和微細(xì)加工、微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在促進(jìn)傳統(tǒng)傳感 器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，代表扭 矩傳感器的新動(dòng)向。 磁電型相位差傳感器是一種比較成熟的傳感器，現(xiàn)經(jīng)改型 成為不帶輔助電機(jī)的磁電型傳感器，不但減輕了重量、縮小了體積、降低了成 本，而且耐振性能好。 微扭矩測(cè)量傳感器的研究。隨著家用電器的迅速發(fā)展，如電風(fēng)扇、微電機(jī)、縫 紉機(jī)、剃須刀、電冰箱、洗衣機(jī)甚至開(kāi)關(guān)都要測(cè)量扭矩，急待解決g · cm級(jí)的 扭矩測(cè)量，新傳感器的研制將成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。 在信號(hào)傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常 清洗、安裝難，容易引入干擾信號(hào)。近期推出的傳感器一般均為無(wú)接觸式傳輸。

如感應(yīng)方式或遙測(cè)體制，它克服了接觸式傳輸?shù)娜秉c(diǎn)。隨著檢測(cè)變換集成化和多 功能化，將過(guò)去先檢測(cè)傳輸、后對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換處理的概念演變?yōu)橄葯z測(cè)變換處 理，后再進(jìn)行傳輸，這一變更已成為可能。 扭矩測(cè)量?jī)x的智能化、微機(jī)化是當(dāng) 今測(cè)量?jī)x變革的主流，單片微機(jī)和軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已使信號(hào)的檢測(cè)、采集、比較、 相關(guān)、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運(yùn)算、程序給定和反饋控制等功能由儀 器本身來(lái)實(shí)現(xiàn)成為可能。軟件擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)的性能限制，并使儀器具有智能化。 既能適應(yīng)被測(cè)參數(shù)的變化來(lái)自選量程、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校正、人機(jī)對(duì)話、自尋故 障，并能方便的與總線接口，進(jìn)行多臺(tái)聯(lián)機(jī)通信及控制。 在扭矩傳感器信號(hào)傳 輸及測(cè)量?jī)x的總成上，工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來(lái)愈高，一改以往扭矩測(cè)量?jī)x 多半應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架測(cè)量的情景。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè) 應(yīng)用環(huán)境，即可靠性要高，重復(fù)性要好，價(jià)格要低廉，與機(jī)器匹配，安裝方便， 但精度要求不高，用其作為指導(dǎo)生產(chǎn)、保護(hù)機(jī)械不受損傷的有效手段。

國(guó)內(nèi)外扭矩測(cè)量?jī)x的現(xiàn)況

1. 國(guó)外扭矩測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀 美國(guó)阿克來(lái)克斯公司(Acurex co.)中的一個(gè)分公司WDC(無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸公司)，自 70年代起，生產(chǎn)“通用海上試驗(yàn)功率測(cè)試系統(tǒng)”(Universal Sea Trial Power Measurement System)，顯示板上可顯示被測(cè)主機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。此類儀 器的扭矩測(cè)量是采用卡環(huán)式應(yīng)變傳感器敏感被測(cè)軸的扭轉(zhuǎn)變形角，變形量與扭矩 成正比。量程范圍為0～2×106N·m，測(cè)量精度為±1％F.S.，轉(zhuǎn)速測(cè)量是采用紅 外線測(cè)速法，精度為±0.25％F.S.，平均無(wú)故障時(shí)間MTBF為4200h。

美國(guó)的陶太克(TORODUCTOR)公司生產(chǎn)無(wú)接觸式磁彈性扭矩儀；美國(guó)麻省 理工學(xué)院研制成抗干擾性強(qiáng)的光纖扭矩傳感器。這些都代表著世界新潮流。 日本 小野測(cè)試社擅長(zhǎng)制造磁電式相位差扭矩測(cè)量?jī)x，首期產(chǎn)品多半用于實(shí)驗(yàn)室，適用 于精測(cè)扭矩。其量程范圍較寬，小量程為0.2～10N·m，中大量程為10～ 10×106N·m，已成系列產(chǎn)品，精度可達(dá)0.5％～1％F.S.。

20世紀(jì)80年代初，小野測(cè)試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機(jī)扭矩測(cè)量 儀MS25B，可測(cè)扭矩(5×105 N·m，精度±0.8%F.S.)、轉(zhuǎn)速(214.7r/min，精度 ±0.1r/min)和功率(1500ps)。

德國(guó)馬霍克(Mc.huk)公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭矩測(cè)量?jī)x聞名世界。該 儀器是利用軸扭轉(zhuǎn)時(shí)致使傳感器中的鋼弦拉緊或放松，從而使鋼弦自身頻率變化 測(cè)得扭矩；數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應(yīng)式。其生產(chǎn)的MDS820產(chǎn)品，被測(cè)軸頸 范圍為?50～?1000mm，已形成系列產(chǎn)品。

德國(guó)的HBM公司(Hoffinger Baldwin Mesefechmik Gmhm)生產(chǎn)電阻應(yīng)變式扭 矩測(cè)量?jī)x，采用弧齒聯(lián)軸節(jié)，以消除不同軸度帶來(lái)的測(cè)量誤差，獨(dú)具風(fēng)格。 生產(chǎn) 電阻應(yīng)變式扭矩儀的還有英國(guó)霍佛科公司(Hover-Krafe)和荷蘭的A.V.D公司，它 們?cè)谂灤O(jiān)測(cè)上都已亮相。

2. 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x的發(fā)展 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量技術(shù)的研究和扭矩測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測(cè)量?jī)x的類別、 數(shù)量和質(zhì)量來(lái)看，絕大部分式電阻應(yīng)變式和磁電式扭矩儀。 電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)量 儀是拾取粘貼在受扭軸上的電阻應(yīng)變片的阻值變化來(lái)測(cè)量扭矩的，故無(wú)須斷開(kāi)軸 系，而且測(cè)量?jī)x表也可采用通用的電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)單位較 多，如北京機(jī)床研究所、中國(guó)船舶工業(yè)總公司701研究所，上海通用機(jī)械研究所， 成功的應(yīng)用于機(jī)床和各種動(dòng)力軸的扭矩測(cè)量。在艦船、貨船主機(jī)扭矩測(cè)量上，中 國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應(yīng)變式扭矩傳感器，測(cè)量時(shí)只要 將卡環(huán)卡在軸上就可測(cè)量扭矩，測(cè)量?jī)x表采用INTEL MCS-51單片機(jī)作為核心的 智能儀器，可同時(shí)測(cè)量扭矩轉(zhuǎn)速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、 越限報(bào)警等功能，集成度高，可靠性好。磁電式扭矩測(cè)量?jī)x最早的研制單位是上 海電器科學(xué)研究所，供應(yīng)市場(chǎng)的是1000 N·m扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)盆 儀。隨后上海交通大學(xué)、中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所、天津機(jī)械工程研 究所、上海第二電表廠、湘西儀表元件廠、哈爾濱東安機(jī)器廠、沈陽(yáng)機(jī)電學(xué)院相 繼研制成磁電式扭矩測(cè)量?jī)x，這種類型的扭矩儀是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的扭矩儀。

例如中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海704研究所制造的20 -20KN·m扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和 數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，成功地應(yīng)用在地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機(jī)上。現(xiàn)場(chǎng)的鉆探表演，獲 得美國(guó)、俄羅斯等31國(guó)參加聯(lián)合國(guó)亞太地區(qū)鉆機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議專家的好評(píng)。該所生 產(chǎn)的磁電式扭矩測(cè)量?jī)x也可與上述的智能化測(cè)量?jī)x連用，系統(tǒng)精度為0 .596 F.S.

振弦式扭矩測(cè)量?jī)x較先研制的單位是中國(guó)船舶工業(yè)總公司702研究所，此 外還有中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海708研究所、上海自動(dòng)化儀表所、海通信工廠 等。

國(guó)內(nèi)研制成磁彈性時(shí)扭矩測(cè)量?jī)x的單位有哈爾濱科技大學(xué)、天津電氣傳動(dòng) 所、北京冶金設(shè)計(jì)院等