一、扭矩传感器分类
扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测.扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号.利用扭轴把转矩转换成扭应力或扭转角,再转换成与转矩成一定关系的电信号的传感器.扭轴的形式有实心轴、空心轴、矩形轴等.按照作用原理不同,扭应力式转矩传感器可分为电阻应变式和压磁式两种;扭转角式转矩传感器可分为振弦式、光电式和相位差式三种.
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1.电阻应变式转矩传感器
这种传感器结构简单,制造方便,但因使用导电滑环,振动频率较低,不适于高速旋转体和扭轴振动较大的场合使用.
2.光电式转矩传感器
它由一个扭轴和两个光栅盘构成(图2).两光栅盘上有相等数量辐射状黑色部位.扭轴受转矩作用时产生扭转角变形,光栅盘1与2相差一个角度,形成透光口,光电元件遂有一调宽脉冲输出,转矩越大,透光口开度也越大,因而光电流脉冲的宽度也就越大.脉冲电流平均值与转矩成正比.这种传感器属于非接触式,但光源必须稳压供电.
3.压磁式转矩传感器
它的扭轴由铁磁材料制成,受转矩作用时轴中产生方向性应力,并出现磁的各向异性,即在拉应力作用下磁阻减少;而在压应力作用下磁阻增大.这种传感器没有导电滑环,属于非接触测量,具有可靠性高、坚固耐用、输出电压高、对温度和干扰不敏感等优点.
4.振弦式转矩传感器
它利用振弦敏感扭转角来测量转矩(见振弦式传感器),其特点是采用频率信号传递方式,抗干扰性能好.
5.相位差式转扭传感器
它由一个扭轴两个齿轮和一对磁阻式脉冲发生器组成.每个齿轮的齿顶上方装有由线圈和磁钢所组成的检测器.当扭轴发生扭转时,两个检测器的输出电压产生相位差,它与所传递的转矩大小相对应,测出相位差就可测量相应的转矩值.这种传感器的特点是测量精度高,属于非接触测量,稳定性好,转矩值用数字量直读,容易进行记录和控制,结构简单.
扭矩传感器5大特点
二、特点
1.信号输出灵活:可任意选择波形─方波或脉冲波.
2.质量保证:检测精度高、稳定性好、抗干扰性强.
3.方便使用:不需反复调零即可;连续测量正反扭矩.
4.测量扭矩值灵活:即可测量静止扭矩,也可测量动态扭矩.
5.安装简单:体积小、重传感器可脱离二次仪表独立使用.
三、运行流程
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,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号.将该应变信号放大后,经过压/频转换,变成与扭应变成正比的频率信号.
向传感器提供±15V电源,激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波,经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源,通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈,得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源,该电源做运算放大器AD822的工作电源;由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源,该电源既作为电桥电源,又作为放大器及V/F转换器的工作电源.
当弹性轴受扭时,应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号,再通过V/F转换器LM131变换成频率信号,通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈,再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号,该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理.
传感器输出的频率信号在零点时为10kHz.正向旋转满量程时为15KHz.反向旋转满量程时为5KHz.即满量程变量为5000个数/每秒.转速测量采用光电齿轮或者磁电齿轮的测量方法,轴每旋转一周可产生60个脉冲,高速或中速采样时可以用测频的方法,低速采样时可以用测周期的方法.本传感器精度可达±0.2%~±0.5%(F•S).由于传感器输出为频率信号,所以无需AD转换即可直接送至计算机进行数据处理.
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