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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(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 1 z  B+ H" y) p/ f6 g

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傳統(tǒng)扭矩傳感器同數(shù)字式扭矩傳感器的比較
( c! F2 }# w; s! {　　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)。$ T2 ]. Z2 {  }$ B$ e  C+ ^
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(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(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)來完成。
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圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖

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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(hào)波動(dòng)，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(gè)辦法就是采用無線電遙測的方法 :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(hào)。

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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(xiàng)缺陷，但也存在著三個(gè)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(shí)的動(dòng)平衡問題。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)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。 $ ~5 _7 j3 T0 c. ]1 `
二
4 P( o. S9 a! H4 w9 @! O. p數(shù)字式扭矩傳感器的特點(diǎn)
0 G+ V* o7 T, W% v7 [" p6 X1 h, `　　1. 既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩; : |, Q& i9 k) f: \( G7 U3 j
　　2..既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動(dòng)態(tài)扭矩；
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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；
* }  Z, b% }; I" p. |; q　　5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩; ! m7 v, d' v, V1 _6 S! H& ?
　　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；# s3 |, }, m0 |1 a+ Q% u& Y' Y8 g
　　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；
! B# L) E- J& ?. A　　8．測量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載。4 a: K; R8 y1 d4 {0 p9 ~. V/ B
三
  U  P* b: d( O數(shù)字式扭矩傳感器的測量原理
/ j( _+ t" Y- H3 b0 g( I2 V: N7 d& c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)
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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
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數(shù)字式扭矩傳感器輸出* _8 K, O' {3 A  k
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(gè)脈沖，高速或中速采樣時(shí)可以用測頻的方法，低速采樣時(shí)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(hào)，所以無需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
( _4 k( k+ H9 y( [- h　　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、彈性或萬向節(jié)聯(lián)軸器，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下。
! r. U: j4 u! H2 L　　3.動(dòng)力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動(dòng)。* r$ X) S4 S& g: I; A
　　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 。
; a6 v- a, P8 l0 {1 }附表- P! J3 _; I/ E
主要功能及性能指標(biāo)：
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扭矩示值誤差： ＜± 0.5 % F · S

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7 I$ `! n2 n! d& B; i0 A# r4 U4 x靈敏度： 1±0.2 mv / V

) g) h. [- y: G: U" F. [0 C) m" R

( V2 S: U! d* a- B$ Y4 I# R, L. [2 }9 u非線性： ＜±0.25 % F· S
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! X) `( \7 R7 `+ O( M重復(fù)性： ＜±0.2% F· S

5 y7 v7 h+ J$ E
" o" [6 c) r! |9 \
回差： ＜0.2 % F· S
, t7 k2 U# r. s' ?8 M: ?: U

( R6 A  k1 q0 c8 d$ J6 v零飄（24小時(shí)）： ＜0.5 % F· S
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0 P7 Q! c0 B+ T' ^# Z* `零點(diǎn)溫飄： ＜0.5 % F· S /10℃

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  c1 T) L  n/ v' q& g
輸出阻抗： 1KΩ ±3Ω
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) |+ y: |$ d. _0 R& E+ [# V
絕緣阻抗： >500MΩ

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靜態(tài)超載： 120 %

! d$ f, ^, E5 B+ ]2 Z6 L
7 V6 h: C7 H  l5 ]6 G) \9 p* l4 L8 U) S
斷裂負(fù)載： 200 %
/ ^: G" V: O7 S( \. c
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使用溫度： 0 ～ 60℃

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1 m% h% t; y8 Y5 T3 s3 [' Q- ^
儲(chǔ)存溫度： －20 ～ 70℃
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電源電壓： +15V±5%,-15V±5%

3 h% d4 o3 I, l* Q/ K
% w, H  {  b6 q. J4 w
總消耗電流： ＜130mA

) V" a$ j7 o8 i

: h3 G; h! @3 @, M& h: K頻率信號(hào)輸出： 5KHz—15KHz

# L+ |' s0 f6 P4 _0 Q3 F

. E6 g  d( ~7 m負(fù)額定扭矩：5KHz±10Hz

+ k6 n2 |. n2 m/ O5 I) _
  U9 V* W2 l' A) I6 j* F6 q8 y
零扭矩：10KHz±10Hz

( u4 V- p) M8 C* c8 C5 `! Q9 U0 [
, C* \- Y1 m% h( v* \& V! _
正額定扭矩：15KHz±10Hz

! z# t4 C$ W5 D* H& d, J( C

% ]$ ]' J+ B. z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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