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扭矩传感器的发展及未来

摘要:北京铭翰亚诚科技有限公司,1、应变测量技术 扭矩测量技术。铭翰亚诚技术团队描述了著名的胡克定律中材料应变与相关材料应力之间的比例关系。电桥电路对于进一步的发展过程而言,当时铭翰亚诚根据桥接电路,可以测量出最小的…

1、应变测量技术

 扭矩测量技术。铭翰亚诚技术团队描述了著名的胡克定律中材料应变与相关材料应力之间的比例关系。电桥电路对于进一步的发展过程而言,当时铭翰亚诚根据桥接电路,可以测量出最小的张力变化。发现电阻丝的机械应变ε与其电阻变化之间的关系。之后总是用电阻线进行实验。在之后第一个箔应变计用于扭矩测量。因此,可以制造固定应变计扭矩传感器。这些传感器通过反应扭矩测量帮助解决了研发和实验中的许多问题。扭矩传感器最重要和最常见的用途是旋转轴系中的测量。

 2、第一个旋转扭矩传感器

 如果轴在轴向扭矩下加载,则其旋转大约与扭矩成比例的角度。该角度可以用角度测量系统测量。根据该原理,在之后不久,第一个带有感应测量系统的旋转扭矩传感器被制造并在市场上出售。为了馈送传感器载波,使用几百kHz的频率。因此,必要的系统很小,AC电压测量信号的幅度与测量系统的旋转角度成比例,并且具有与电源电压相同的频率。为了布置在旋转轴测量系统上并且用于传输放大测量的测量信号,使用旋转变压器,其根据变压器的原理构造。变压器的一个线圈固定在定子中,第二个线圈与转子上的第一线圈同心设置。如果通过这种类型的旋转变压器传输调幅测量信号,则它们的耦合系数直接包含在测量结果中。轴向或径向位移,非圆形行程,磁性材料特性的变化以及磁分流都可能导致测量误差。

扭矩传感器发展

施加在旋转轴上的应变仪桥的测量信号的第一次传输是用滑环进行的。通过滑环传输电源电压和输出电压需要特别小心。滑环必须与轴和相互绝缘,即使是最小的绝缘缺陷也会导致传感器的测量误差。必须选择在滑动触头的接触压力,使得在一方面接触电阻小,对剥离由于产生的振动和跳动足够的安全性是存在的,但也从另一方面看会发生不太强加热和过度磨损。除了材料的选择外,决定性因素还在于对表面进行精心加工。在高圆周速度下预计会遇到特别困难。这种技术的缺点是滑环和碳刷在一段时间后都会有磨损,因此必须更新。

3、通过滑环接收的横截面信号

 为了获得具有更稳定和免维护信号传输的传感器,已经开发了一种扭矩传感器,其允许应变桥的测量信号的无滑环传输。通过应变桥的输出与扭矩幅度模块AC电压成比例的获得。供给应变桥所需的交流电压和测量信号都可以通过集电环传输。随着电子设备变得越来越小,在旋转轴上集成一个测量放大器,用于为应变计电桥供电并处理测量信号。集电环用于为发射器提供测量信号的第二频率调制传输。同时,传感器都经过温度补偿和蠕变补偿。技术的一大优势是干扰变量的补偿可以直接在测量点进行。所用材料的弹性模量的温度依赖性例如是对于每100K温度变化大约3%的钢。由于这种干扰直接包含在传感器的特征值中,因此也必须进行补偿。在角度测量传感器的情况下,首先在测量放大器中进行补偿,从而始终预期特征值的温度特性。角度测量传感器继续难以解决它们需要相对大的旋转角度来测量扭矩的问题,导致类似扭转的布置,其仅允许缓慢的测量操作。更小的电子装置和它的测量信号的不断改进的传输的可能性,所述转矩传感器的市场上已经改变到许多扭矩传感器,现在具有集成测量放大器供给的效果。

4.现在的旋转扭矩传感器

 第一个扭矩传感器通常具有模拟信号输出。在这些接口处,不能排除由于相邻功率单元和驱动器引起的干扰,特别是具有长供电线和高动态特性的干扰。因此,传感器的信号电平在过去已经增加,通常是±5V或±10V的信号电平。但是,对许多应用来说,抗干扰性是不够的。解决方案在于数字传感器电子器件。在轴上是应用应变计桥的直径锥形点,在轴和旋转部件和旋转电子。集成电子电路在定子和转子中都有一个存储器的微处理器。通过应变电路将测量值记录在转子上,其中信号立即被放大和数字化。然后,该数字信号进入处理器,该处理器以串行字的形式准备用于传输的信号,其具有到定子的校验和。数据信号在定子中处理,然后转换为串行RS485接口的处理器。通过使用处理器,既在轴,以及在定子数据中校准值,测量范围,然后可根据需要的读出传感器通过处理器供电单元监控供电,处理器供电单元也可以接通校准控制器以检查传感器。通过直接在源并实现测量装置的一个非常高的可靠性的传感器数据的存储和读出数字化的测量信号。

5.扭矩传感器的应用

    如今,扭矩传感器是许多领域不可或缺的一部分。这里有一小部分应用于电动机、内燃机、扭矩试验台、测功机、电动机、引擎、齿轮、发电机、风机、泵等,其它应用测量设备转矩传感器安装在汽车控制、调节、拧紧螺帽的扭矩平衡、轴承预紧、弹簧预紧力。功能测试发动机风力涡轮机、起重机、钻杆等曲轴扭矩。如您所见,扭矩传感器用于从培训到产品开发,生产,质量保证到产品监控的所有领域。即使在农业中,也可以在机械中找到扭矩传感器。为了证明测量的可追溯性,正在使用越来越多的参考扭矩传感器,以便能够直接在现场检查生产方式。

6.扭矩传感器的未来

 应变计技术将成为未来扭矩传感器的主力军。 由于电子器件越来越小且电气越来越稳定,传感器可以设计成更高的弹簧常数,从而改善测量动态。 这是通过以下事实实现的:在测量精度相同的情况下,由于测量放大器的电稳定性较高,测量信号可以变得越来越小。然而,另一方面,改进的测量信号处理也可用于测量装置的更高精度。未来还属于具有存储的计量数据的智能传感器,其中测量总是更安全,并且可以直接从传感器检索用于质量保证的数据。

         
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