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技術(shù)頻道

傳感器知識(shí)之扭矩傳感器的原理

  扭矩傳感器自出現(xiàn),在短短時(shí)間內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中,成為傳感器家族中不可或缺的一個(gè)品種。

  一:特點(diǎn)

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

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

  3.檢測精度高,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)測量正反轉(zhuǎn)扭矩;

  6.沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件,可以高轉(zhuǎn)速長時(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.測量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載。

  二:測量原理

  將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋,向應(yīng)變橋提供電源即可測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)了無接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分)

  三: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。

  四:工作過程

  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TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源,通過能源環(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)變橋檢測得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào),再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào),通過信號(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。

  五:應(yīng)用范圍

  1.檢測發(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.檢測減速機(jī),風(fēng)機(jī),泵,攪拌機(jī),卷揚(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.檢測各種機(jī)械加工中心,自動(dòng)機(jī)床的工作過程中的扭矩。

  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.檢測扭矩的同時(shí)可以檢測轉(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。

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