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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]
作者: zhu272 時間: 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
4 k z: F* l" x+ K% R/ l+ i: d: X) N/ z+ w! X e
一
- V! E+ l" S) Z, j" @4 t* y傳統(tǒng)扭矩傳感器同數(shù)字式扭矩傳感器的比較2 W3 |9 o/ Y+ @7 P4 q, q# N
在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測旋轉(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,，這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(yōu)點(diǎn)：實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞,，檢測信號為數(shù)字信號,；缺點(diǎn)：體積較大，不易安裝,，低轉(zhuǎn)速時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）
扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù),。它具有精度高,，頻響快，可靠性好,，壽命長等優(yōu)點(diǎn),。
7 E. ]4 A0 `. R' c5 E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,，若向應(yīng)變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號,。這就是基本的扭矩傳感器模式。 (見圖二)但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中,，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號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)來完成。
4 L/ _1 H4 ]$ S- H) _ | [attach]214750[/attach] 圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖 3 G' H9 c0 F* ` R
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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波動,，因而造成測量誤差大甚至測量不成功,。為了克服導(dǎo)電滑環(huán)的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法 :將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號,，通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外,，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號,。
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圖二 基本的扭矩傳感器 1 b% i& M) @) U6 w$ ?
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旋轉(zhuǎn)軸上的能源供應(yīng)是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池,。該方法即為遙測扭矩儀。 (見圖四)遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項缺陷,，但也存在著三個不足之處,，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；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)速時的動平衡問題,。在小量程及小直徑軸時更突出,。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)計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實現(xiàn)了能源及信號的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān),，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān),。 4 i2 |& r; ~2 W2 a) H! v' i. F
二
$ Y1 a9 L! N! G% ~數(shù)字式扭矩傳感器的特點(diǎn)$ U; ?* x" H) n3 n0 b" l* M
1. 既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩; 9 _/ l) m. R1 U. ]4 A1 S
2..既可以測量靜態(tài)扭矩,，也可以測量動態(tài)扭矩,； 8 G5 n+ B" Z, n) w% h! |
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3. 檢測精度高，穩(wěn)定性好,；抗干擾性強(qiáng);
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4. 體積小,，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu),，易于安裝使用,；$ q: A. f$ o# f# z4 }1 u+ o
5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩; & k6 T; z! |$ x6 `+ L
6.沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運(yùn)行,；/ C' X% f2 ]1 v8 L: B
7．傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機(jī)處理,；; A- L, a# R9 |
8．測量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載。
: M+ T5 o, m7 e* B三
! U) S) F, E+ R數(shù)字式扭矩傳感器的測量原理3 g) E4 Q, Z- S+ v2 z
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,。將該應(yīng)變信號放大后,，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號,。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能,。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分) ! E$ N! i& l- o! D3 s$ F( f7 M
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激磁電路，(2)能源環(huán)形變壓器的初級線圈(輸入),，(3) 信號環(huán)形變壓器次級線圈(輸出),，(4)信號處理電路
五3 M) d5 Y* d! M" v$ F
數(shù)字式扭矩傳感器輸出
9 P% Y! n( {" d+ n* t' o8 V本傳感器輸出的頻率信號在零點(diǎn)時為 10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時為5KHz。即滿量程變量為5000個數(shù)/每秒,。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法,，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個脈沖，高速或中速采樣時可以用測頻的方法,，低速采樣時可以用測周期的方法,。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,，所以無需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。
( I. t$ z4 z. N* g1 g六
, C( `& k$ ?. B- Z* h @安裝使用
* x, j) X, o" r 1.使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動力源和負(fù)載之間,。
圖六
2.建議用撓性,、彈性或萬向節(jié)聯(lián)軸器,，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下,。
: q% C' A8 I; P4 [8 X/ E1 T 3.動力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動。
; v2 s2 B/ {% j8 d5 }2 l9 n! ^ 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 ,。0 |$ ]- A' t7 U7 T
附表
2 X/ y }5 p) D3 M主要功能及性能指標(biāo)：
- I0 k3 {7 m1 p& O* l8 O扭矩示值誤差： ＜± 0.5 % F · S
2 a M I& g1 i x | 1 B$ ]# [9 E5 ]; i
靈敏度： 1±0.2 mv / V
' q! V) y* E2 k m6 ~7 d |
; y! ~+ [0 o% b! }/ n' }/ x$ r# b非線性： ＜±0.25 % F· S
, i1 x0 J8 K6 i6 s | 2 [ t" h( q5 _/ H! t+ I) t# Z& x
重復(fù)性： ＜±0.2% F· S
& r5 `+ d2 U0 p( P4 I) } |
5 W* ~ {0 _: U4 M9 w) y
回差： ＜0.2 % F· S # I" p' ^: K) l* e
| / F E/ ~7 T: ^1 l
零飄（24小時）： ＜0.5 % F· S ( p7 R2 N3 M8 i' B1 F
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7 f/ |* l" O0 r$ ]$ y# V零點(diǎn)溫飄： ＜0.5 % F· S /10℃
4 p$ [- O% ~ i
| 0 W8 D$ Y: n1 r. g6 t; v
輸出阻抗： 1KΩ ±3Ω : b$ z+ B0 o8 |2 j
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) C$ T" i7 c$ |. E5 T絕緣阻抗： >500MΩ
0 v6 b( n. ~1 w
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2 D# {, Y# ~( R* B7 }5 x靜態(tài)超載： 120 %
' l* ]7 E X4 [% a! q6 n6 u
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( o( {' B* s) `4 W- `% S5 P0 ^斷裂負(fù)載： 200 %
4 z, ^" V, v6 U6 Q |
) I- V( J; @4 f% l5 e! Q使用溫度： 0 ～ 60℃
/ ~. ~( g3 g* R. A- @+ K |
4 ~0 Q4 ?# X- z4 E儲存溫度： －20 ～ 70℃
9 a: w7 o3 P3 I; i& d | : y5 e1 ^! S* R/ w
電源電壓： +15V±5%,-15V±5%
0 E' v- u) U( c |
0 ]! e( g1 x% ^總消耗電流： ＜130mA
1 A! W2 G6 R R3 }, K8 J) z" B
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! V5 U4 V+ P, S' t6 Z/ | L3 N* {/ j頻率信號輸出： 5KHz—15KHz
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負(fù)額定扭矩：5KHz±10Hz
) o0 w4 F0 B# Y: g, E: g5 o" c |
' w9 x' _" P/ i: C w& ^) C1 R/ l零扭矩：10KHz±10Hz
) Q# b5 K/ G' Y" j; i3 @% v |
3 G: @1 G5 r# X# O8 f) ~正額定扭矩：15KHz±10Hz
/ b. p2 ^# f/ P# {
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# Q8 E, c7 e& h# s信號占空比： （50±10）%
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作者: 被遺忘的一族 時間: 2012-12-23 14:11
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