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                    扭矩传感器是如何工作的?

                    发布日期:2022-08-16 21:03:54   浏览次数:

                    虽然扭矩传感器有多种设计结构,但它们都有一些共同点。为了了解扭矩传感器的工作原理,我们将从传感器的设计结构开始解释。

                    01应变技术简介像许多其他类型的传感器一样, 扭矩传感器采用应变技术进行测量。传感器通常是一个金属弹性体,其上面安装有应变计(SG)。应变计牢固地黏贴在弹性体上。

                    如果外部载荷作用在传感器上,测量体将产生变形,应变计的电阻也随之改变。这样,通过电阻的变化即可测量载荷大小。这不仅适用于扭矩传感器,也适用于称重传感器、力传感器和其他类型的传感器。然而,扭矩传感器有一些特殊性。

                    如果应变计被压缩,其电阻(?) 减少;

                    如果拉伸,电阻会增加。

                    02扭矩传感器的典型设计和称重传感器或力传感器不同,扭矩传感器的测量体在使用时不会受到拉向载荷,而是受到杠杆力矩或扭矩的影响,产生扭转。因此,扭矩传感器需要采用特殊的应变计来测量这种类型的载荷,即扭矩。两种典型的扭矩传感器设计结构为轴式和法兰。

                    测量体在负载下扭曲

                    03轴式扭矩传感器轴式扭矩传感器由测量轴组成,测量轴也可能是空心的。应变计安装在轴上,有时安装在中间的锥形部分上,具体取决于不同的型号,轴由壳体密封。轴或转子可以移动或旋转,而外壳或定子固定。这两部分通过低摩擦、零游隙轴承相互连接。传感器一般通过轴两端的毂式联轴器连接到测试结构或试验台上。这些联轴器有各种形状和尺寸。

                    轴式扭矩传感器简化示意图

                    04扭矩法兰测量法兰的结构基本上与测量轴相似,但外观完全不同。它们也由一个中空的轴组成,尽管这个轴非常短。法兰位于轴的两端。这样可使传感器能够通过螺纹连接集成到结构或试验台中。测量法兰包括转子和定子。然而,与测量轴不同,转子并非完全封闭在壳体中。因此,无需轴承总成。

                    测量法兰的简化示意图

                    04非接触式测量数据传输这也是旋转扭矩传感器与其他传感器(如力传感器或称重传感器)之间最大的区别,由于旋转,其无法使用供电和数据传输的电缆,因为转子转动时电缆会缠绕在一起。为了避免这种情况,需要采用非接触式方式连接,将信号或电能从定子传输到转动转子,从而为安装的应变测量电路供电。

                    电子设备安装在测量体内。应变桥路信号在无线传输到定子之前被放大、滤波和数字化。然后,数据可以通过频率或电压信号输出,也可以通过现场总线数字输出,例如EtherCAT或Profinet,具体取决于应用。

                    05旋转或非旋转扭矩测量测量扭矩时,传感器不总是旋转。非旋转装置的典型应用是标准试验机和搅拌机测量。在后者中,传感器由电机外壳支撑,驱动轴穿过传感器的中心孔。

                    在大多数应用中,传感器是被测物和测功机之间的旋转传动系一部分。例如,被测物可能是内燃机、变速箱或电机。

                    在测试台上的扭矩传感器

                    06不仅是扭矩扭矩传感器还具有其他功能。除扭矩外,还可以记录其它测量变量。这是可选的。最重要的参数是转速,可以通过在转子上的透光开槽圆盘来测量转速。当传感器转动时,光束会有一定的间隔中断。当时间窗口恒定时,只需通过脉冲数即可计算出转速。

                    许多用户感兴趣的另外一个重要特性是功率,功率可以通过扭矩乘以转速来计算。此外,许多扭矩传感器都内置温度传感器,例如,它可以告诉我们传感器或传动系的工作温度。

                    扭矩传感器用于测试台

                    07静态和动态扭矩测量扭矩传感器可以进行静态或动态测量。动态测量的一个例子是旋转元件不断加速然后减速(或“制动”)或是内燃机动力冲程产生的脉动扭矩。此外,动态扭矩也可以在完全不旋转的情况下发生。然而,在大多数应用中,如发动机试验台(内燃机或电机),动态扭矩都与旋转有关。

                    08扭矩传感器典型应用在研发领域,扭矩传感器是各种发动机、电机和驱动系统测试的必然要求。当您需要提高驱动系统效率时,精确的扭矩测量是必不可少的,因为它可以确定摩擦损失并将其降至最低。在电动和混合动力系统中,重要的是行程和提高效率;在混合动力和内燃机中,关键是尽可能降低二氧化碳排放量来实现环境友好。


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