扭矩傳感器是如何工作的

發布時間：2023-09-22 點擊次數：1705

扭矩傳感器實際上是如何工作的？

雖然扭矩傳感器有多種結構設計，但它們都有一些共同點。為了了解扭矩傳感器的工作原理，我們將從傳感器的設計結構開始解釋。

像許多其他類型的傳感器一樣， ???????扭矩傳感器采用應變技術進行測量。傳感器通常是一個金屬測量體，其上面安裝有應變計（SG）。應變計牢固地黏貼在測量體上。

如果外部載荷作用在傳感器上，測量體將產生變形，應變計的電阻也隨之改變。這樣，通過電阻的變化可測量出載荷大小。這不僅適用于扭矩傳感器，也適用于稱重傳感器、力傳感器和其他類型的傳感器。然而，扭矩傳感器有一些特殊功能。

和稱重傳感器或力傳感器不同，扭矩傳感器的測量體在使用時不會受到拉向載荷，而是受到杠桿力矩或扭矩的影響，產生扭轉。因此，扭矩傳感器需要采用特殊的應變計來測量這種類型的載荷，即扭矩。兩種典型的扭矩傳感器設計結構是軸式和法蘭。

軸式扭矩傳感器由軸組成，測量軸也可能是空心的。應變計安裝在軸上，有時安裝在中間的錐形部分上，具體取決于不同的型號，軸由殼體密封。軸或轉子是可以移動或旋轉，而外殼或定子固定。這兩部分通過低摩擦、零游隙軸承相互連接。傳感器一般通過軸兩端的轂式夾具安裝在結構或試驗臺上。這些有各種形狀和尺寸。

測量法蘭的結構基本上與測量軸相似，但外觀完全不同。它們也由一個中空的軸組成，盡管這個軸非常短。法蘭位于軸的兩端。這樣可使傳感器能夠通過螺紋連接集成到結構或試驗臺中。測量法蘭包括轉子和定子。然而，與測量軸不同，轉子并非完全封閉在殼體中。因此，無需軸承總成。

這就是旋轉扭矩傳感器與其他傳感器（如力傳感器或稱重傳感器）之間最大的區別，其無法使用供電和傳輸測量數據的電纜，因為在轉子轉動時電纜會纏繞在一起。為了避免這種情況，需要采用非接觸式方式連接，將信號或電能從定子傳輸到轉動轉子，從而為安裝的應變測量電路供電。

電子設備安裝在測量體內。應變橋路信號在無線傳輸到定子之前被放大、濾波和數字化。然后，數據可以通過頻率或電壓信號輸出，也可以通過現場總線數字輸出，例如使用 EtherCAT 或 Profinet，具體取決于應用。

測量扭矩時，傳感器不總是旋轉。非旋轉裝置的典型應用是標準試驗機和攪拌機測量。在后者中，傳感器由電機外殼支撐，驅動軸穿過傳感器的中心孔。

在大多數應用中，傳感器是被測物和測功機之間旋轉傳動系的一部分。例如，被測物可能是內燃機、變速箱或電機。

扭矩傳感器可以進行靜態或動態測量。動態測量的一個例子是旋轉元件不斷加速然后減速（或“制動”）或通過內燃機的動力沖程時產生的脈動扭矩。此外，動態扭矩也可以在完全不旋轉的情況下發生。然而，在大多數應用中，如發動機試驗臺（內燃機或電動機），動態扭矩都與旋轉有關。

扭矩傳感器還具有其他功能。除扭矩外，還可以記錄其他測量變量。這是可選的。最重要的參數是轉速，可以通過在轉子上的透光開槽圓盤來測量轉速。當傳感器轉動時，光束會有一定的間隔中斷。當時間窗口恒定時，只需通過計算脈沖數即可計算轉速。

許多用戶感興趣的一個重要特性是功率，功率可以通過扭矩乘以轉速來計算。

此外，許多扭矩傳感器都有內置溫度傳感器，例如，它可以告訴我們傳感器或傳動系的工作溫度。

扭矩傳感器是研發領域中各種發動機、電機和驅動系統測試的必然要求。當您想要提高新驅動系統效率時，精確的扭矩測量是必不可少的，因為它可以確定摩擦損失并將其降至最低。在電動和混合動力電機中，重要的是行程和提高效率；在混合動力和內燃機中，關鍵是通過盡可能降低二氧化碳排放量來實現環境友好。

此外，扭矩傳感器還可用于變速箱和發動機的下線測試或旋轉開關的功能測試。然而，有些應用看起來完全不同，例如液體混合時，過程需要扭矩傳感器監測。或者當扭矩傳感器安裝在船舶動力系統中時。還有一些傳感器用作標準試驗機中的參考傳感器。

HBM 可以為各種應用提供軸式或法蘭扭矩傳感器。