本帖最后由 zhu272 于 2011-6-2 14:50 編輯
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* [& E% F% T2 |傳統(tǒng)扭矩傳感器同數(shù)字式扭矩傳感器的比較, W3 I0 N) c0 m/ O) g* v x2 J
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(jiàn)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),。
}2 G8 Q* H6 B. {! v: I2 T& h3 ~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(jiàn)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,。
! d" L: b8 M( A! w5 n: P | 圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖
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7 N0 o# p( @& Q" U+ n4 b( \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),。
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9 z! Q) h' y1 ^8 w | 圖二 基本的扭矩傳感器
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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(cè)扭矩儀,。 (見(jiàn)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)。
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/ J1 s) U, `1 {9 u% W: m4 X數(shù)字式扭矩傳感器的特點(diǎn)* ]: H0 c! p: i0 Q% R, P
1. 既可以測(cè)量靜止扭矩,，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;
7 ^6 |* {: O, t, L0 w) n+ ~- w" S 2..既可以測(cè)量靜態(tài)扭矩,，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩；
; c ]* z1 K: }& T2 O! j | 3. 檢測(cè)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；# J) c" U1 W! ~( h& I3 @
5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩;
6 B% s5 T: \/ m2 M! R% s 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,；
/ A2 {0 ~$ R! S5 n 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；5 y0 e, O+ N, F$ `
8．測(cè)量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過(guò)載,。
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數(shù)字式扭矩傳感器的測(cè)量原理3 ~4 Q3 Z# _" D
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)
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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# h4 Q" J, ~ u+ Y
數(shù)字式扭矩傳感器輸出
, ~; a( D# g$ O6 Q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。
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安裝使用
- v; V( ]$ ~6 Z8 U% o' E1 c4 Z& A 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,。: J/ K. u. s6 O+ l" F
3.動(dòng)力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動(dòng),。
5 v% y9 r! u6 r 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 ,。8 c8 H% s/ J$ z% s) u |3 G! n* r
附表
& O& c- A$ g6 Q( ], u主要功能及性能指標(biāo)：
: _" z+ \; h9 X/ k) u/ Y) O( H5 c扭矩示值誤差： ＜± 0.5 % F · S
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% m1 w* x$ ^- \' c& J9 \靈敏度： 1±0.2 mv / V
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非線性： ＜±0.25 % F· S & n) ~$ Y9 O7 y+ _
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重復(fù)性： ＜±0.2% F· S
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/ i2 a, y4 x1 |7 Y+ d: C回差： ＜0.2 % F· S
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4 R8 v% C4 S$ u0 X; `1 l零飄（24小時(shí)）： ＜0.5 % F· S
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" O) B1 ~6 }: G9 {; k; a- x2 j零點(diǎn)溫飄： ＜0.5 % F· S /10℃
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輸出阻抗： 1KΩ ±3Ω
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絕緣阻抗： >500MΩ
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靜態(tài)超載： 120 % ) d2 y3 V+ Y& D4 @' a# j
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4 d$ w" M4 D1 O4 M1 l斷裂負(fù)載： 200 %
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9 P0 S% Z% T, l" l6 O* m使用溫度： 0 ～ 60℃
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* U- m* u7 E: K C0 Q6 N儲(chǔ)存溫度： －20 ～ 70℃
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電源電壓： +15V±5%,-15V±5%
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) L! u6 L, |& p9 g總消耗電流： ＜130mA
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頻率信號(hào)輸出： 5KHz—15KHz ' \% V3 V! a$ f5 M& N& m( r7 o
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負(fù)額定扭矩：5KHz±10Hz % }4 a: j" {5 J; w8 x4 w2 X
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8 [1 f3 _* ^8 M' f; Y: V零扭矩：10KHz±10Hz
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正額定扭矩：15KHz±10Hz
) t( F8 M0 m" Z( T. |6 M c |
" g8 G8 q7 j, g+ q% J& H3 S; H: ]+ R信號(hào)占空比： （50±10）%
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發(fā)表于 2011-6-2 14:48:25
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