扭矩传感器测量扭矩、转速及如何计算出功率

    一 . 前言

    在旋转动力系统中有很多的参数需要测量或计算，扭矩（转矩）是其中一项很重要的参数。为了检测扭矩参数，现实中有很多种传感器可以实现扭矩参数的测量，传统使用的有相位差式传感器、导电滑环式传感器。

    相位差式传感器 是在弹性轴的两端安装两组齿数、形状及安装角度完全相同的齿轮，在齿轮的外侧各安装一只接近 ( 磁或光 ) 传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就可以测量出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。 该方法的优点 : 实现了转矩信号的非接触传递，检测信号为数字信号；缺点：体积较大，不易安装，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低转速时性能不理想。

    导电滑环式传感器 虽然是采用了很成熟的应变电测技术，但 由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热和本身滑环摩擦产生的扭矩对输出精度的影响，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。

    二 . ZRN503系列传感器原理

    该传感器综合以上两种传感器的优点，采用应变电测技术将专用应变片 用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥。在传感器外面提供 24VDC 工作电源，经过振荡电路转换为交流电源再通过一组环形变压器感应到旋转轴上，经过整流稳压变换为高稳定性的直流电压给应变桥提供工作电源，即可测试该弹性轴受扭的应变 mv 信号。将该应变 mv 信号放大后，经过压 / 频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。再经过一组环形变压器感应到传感器外面电路经过整形、滤波输出与扭矩成正比的方波频率信号该信号为 TTL 电平 , 既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。

    由于采用扭矩测试比较成熟的应变电测技术，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。再加上采用两组旋转环形变压器来实现能源和信号的非接触传递，这样就消除了滑环形式的摩擦带来的影响，实现了高转速测量。传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。由于传感器输出为频率信号，所以无需 A/D 转换即可直接送至计算机进行数据处理。 ( 该传感器内部还装有转速传感器，轴每旋转一周可产生 60 个脉冲，转速高于 60r/min 用测频的方式测量，如果转速低于 60r/min 则应该测量相邻两个脉冲的周期 ) 。

    三 . 特点

    四 . 安装使用

    扭矩传感器一般是联接在动力源和负载之间，如 (图一)所示。如果被测设备（动力源或负载）经常更换,可以将普通联轴器换为万向联轴器，以减小拆卸和振动带来不同心时对传感器测量精度的影响。
    ① 传感器可以任意方向安装
    ② 建议采用挠性联接（弹性联轴器和万向联轴器）以确保同心度＜ 0.1mm
    ③ 将传感器的底座与设备的基座联接牢固可靠，将中心高调一致，避免安装产生的弯矩影响传感器测量精度 。

    五 . 量程选择

    计算公式 :