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標(biāo)題: 數(shù)字式扭矩傳感器原理及應(yīng)用 [打印本頁(yè)]

作者: zhu272 時(shí)間: 2011-6-2 14:48
標(biāo)題: 數(shù)字式扭矩傳感器原理及應(yīng)用
本帖最后由 zhu272 于 2011-6-2 14:50 編輯

一
傳統(tǒng)扭矩傳感器同數(shù)字式扭矩傳感器的比較
　　在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩，傳統(tǒng)使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這兩組傳感器就可以測(cè)量出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計(jì)算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(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。（見圖一）

　　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。 (見圖二)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。

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圖一扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖

0 i7 i/ e4 E; z; i3 r, {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)。 / s+ A7 }% ?! D- v3 e7 Q* k	[attach]214751[/attach] H9 {8 C" h( M, D0 G
	圖二基本的扭矩傳感器 0 @: b$ H- B* U3 c1 S
	2 R' }& n) x* T" Z

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。 (見圖四)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)。
二
數(shù)字式扭矩傳感器的特點(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。
三
數(shù)字式扭矩傳感器的測(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)


5 D( _4 t+ O; u. _' S9 C ' F' ^7 A/ r6 ~% R
0 h# W. @6 e: S- a) a8 ~* D4 U + K* Z% D7 f6 p* D2 N/ ^! K	" Q, \# b' `- [9 Z# {: R 0 w4 ?) i0 C9 {. \|# P& }0 `+ v/ O+ w	# p; ^0 H+ L1 l) ? ^* ?& [/ E3 x
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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

五
數(shù)字式扭矩傳感器輸出
本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。
六
安裝使用
　　1.使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動(dòng)力源和負(fù)載之間。

圖六

2.建議用撓性、彈性或萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下。
　　3.動(dòng)力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動(dòng)。
　　4.將本傳感器的基座與設(shè)備的基座固定可靠，中心高須墊合適平穩(wěn)避免產(chǎn)生彎矩。
附表
主要功能及性能指標(biāo)：

) h$ I/ ]0 g1 B# e扭矩示值誤差：＜± 0.5 % F · S - B1 \9 w! O+ f$ E6 \|( R. [. z, G	& M# b) } L; P: l 靈敏度： 1±0.2 mv / V ; j( k. p4 K$ w4 M" e2 V
) ~ ^, b: x4 A7 m6 I/ \|3 O 非線性：＜±0.25 % F· S u. d# U1 u; `" \9 D$ }# c	3 j6 H0 a$ a5 D& l( h. G重復(fù)性：＜±0.2% F· S & f; X/ u, [, d3 S8 i: A
- h, Z w0 V3 A, k/ S 回差：＜0.2 % F· S * g* r* l" \) K6 y# T0 A	7 v& \3 c1 T+ Q9 ~$ Y零飄（24小時(shí)）：＜0.5 % F· S 6 K6 G' y- s9 T
2 @' N# @0 X \( l- ^+ Z 零點(diǎn)溫飄：＜0.5 % F· S /10℃ & W# \3 U7 v M! c	1 u1 {' \|3 [" [- ?輸出阻抗： 1KΩ ±3Ω 8 B( i( _' i7 n D7 j
, i) ?3 h7 e8 }: P$ W0 p 絕緣阻抗： >500MΩ % e6 W0 }# V# s	; Q7 ]' D0 u6 b9 C 靜態(tài)超載： 120 % p: v/ ` t4 F; s
3 X( Y+ X3 a5 A2 z; b9 C9 \|# ]斷裂負(fù)載： 200 % + ~0 _5 ]3 [" A/ t7 D% r9 \|	5 V! e- y* b) _使用溫度： 0 ～ 60℃ m" D: W3 H* h& A; ~, P9 h2 ]1 ?
- f# T$ I4 w/ ]儲(chǔ)存溫度：－20 ～ 70℃ 8 j# L0 ^; \|* D3 F3 \0 j	3 q7 M9 }& {7 ^. H 電源電壓： +15V±5%,-15V±5% + @" q3 K. }' y( `6 c
" ^+ ?2 c: l$ H$ n% {% Y; c3 h1 H 總消耗電流：＜130mA ) D* R5 E* J8 a8 h	, [+ ^1 s. s/ H- I7 k r C: c6 Y 頻率信號(hào)輸出： 5KHz—15KHz ' l0 j' S: W+ G {$ J1 q. Z6 [0 f
% r4 Y5 j9 C7 O負(fù)額定扭矩：5KHz±10Hz ( x5 {9 q% C! y	; f7 ^/ t0 G; n* y( ?零扭矩：10KHz±10Hz * ~* Y! S4 {2 ~! P
: M7 m7 F8 X( E" n7 A# F4 T 正額定扭矩：15KHz±10Hz / a6 B3 c3 Q# n6 ]* @2 [	6 h; \|8 c8 \+ _/ V; o 信號(hào)占空比：（50±10）%

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作者: 被遺忘的一族 時(shí)間: 2012-12-23 14:11
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