發布日期：2022-05-20 點擊率：35
1、前言
轉矩轉速傳感器是集轉矩、轉速、功率為一體的高精度動態測量儀器。轉矩轉速傳感器與轉矩轉速測量儀(二次儀表或電腦采集卡)配套使用而構成轉矩轉速測量裝置。目前隨著我國裝備制造業的高速發展，尤其是在近幾年中，我國大功率動力輸送和動力轉化(如風電等)設備制造領域的快速增長和發展，使轉矩轉速測量的需求在生產制造領域、產品檢測領域和新產品設計、研發領域都呈現出廣泛的應用和市場需求，因此合理正確地選擇和使用轉矩轉速傳感器及提高轉矩、轉速、功率等技術參數的動態測量精度意義重大。在20世紀60年代，國際上已經開始研制出轉矩轉速傳感器，而且逐步將其應用于動態轉矩轉速的測量之中，但由于當時主導的設計理念的不同，形成了兩種結構基本相同而測量信號生成不同轉矩轉速的傳感器。
當時我國參考日本小野株式會社的轉矩轉速傳感器，研制出了利用磁電信號轉換和相位差原理，將機械變形量轉換成有一定相位差的電壓信號的精密儀器而制成了磁電轉換式轉矩轉速傳感器。與此同時，美國和德國也研制出一種以應變電阻計感應式轉矩轉速傳感器，這種傳感器以彈性應變軸受扭力影響而產生變形后，應變電阻值產生變化，利用電橋原理將其電阻值的變化轉變為電壓信號而輸出進行測量。由于轉矩轉速傳感器的結構不盡相同，故其在測量過程中的測量信號交換和輸出存在差異，所以其在轉矩轉速和功率動態測量中的應用也隨之產生不同精度的結果。故在不同的測量系統中應依據本身測量系統的特點和特征，合理選擇與其相適宜的轉矩轉速測量系統。正確選用轉矩轉速傳感器和數據處理系統，方可保證轉矩、轉速、功率等參數在動態中的最佳精度和結果。
2、轉矩轉速傳感器的結構特征和工作原理
(1) JZ型和NJ型轉矩轉速傳感器結構特征和工作原理
JZ、 NJ型轉矩轉速傳感器(簡稱“傳感器”)是根據磁電轉換和相位差原理，將轉矩、轉速機械量轉換成兩路有一定相位差電壓信號的一種精密儀器，它與扭矩儀或扭矩卡配套使用，能直接測量各種動力機械的轉矩、轉速和機械功率，可以測量軸靜止狀態至額定轉速范圍的轉矩。
其工作原理如圖1所示。在彈性軸的兩端安裝有信號齒輪，兩齒輪的上方各裝有一個信號線圈，在信號線圈內均裝有磁鋼，與信號齒輪組成磁電信號發生器。當信號齒輪隨彈性軸轉動時，由于信號齒輪的齒頂及齒谷交替周期性的掃過磁鋼的底部，使氣隙磁場產生周期性的變化，線圈內部的磁通量亦產生周期性變化，使線圈中感應出近似正弦波的交流電信號。這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉速成正比，因此可以用來測量轉速;這兩組交流電信號之間的相位差與其安裝的相對位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方向有關。當彈性軸不受扭力時，兩組交流電信號之間。
的相位差只與信號線圈及齒輪的安裝相對位置有關，這一相位差一般稱為初始相位差。在設計制造時，外齒輪與內齒輪齒數相同但不嚙合，兩齒輪相差半個齒距左右，即兩組交流電信號之間的初始相位差在180°左右。彈性軸受扭時，將產生扭轉變形，使兩組交流電信號之間的相位差發生變化，在彈性變形范圍內，相位差變化的絕對值與轉矩的大小成正比。把這兩組交流電信號用專用屏蔽電纜線送入扭矩儀或通過扭矩卡送入計算機，即可測得轉矩、轉速及功率的精確值。
為了提高測量精度及信號幅值，兩端的信號發生器由安裝在彈性軸上的外齒輪、安裝在套筒內的內齒輪、固定在機座內的導磁環、磁鋼、線圈及導磁支架組成封閉的磁路。套筒的作用是當彈性軸的轉速較低或者不轉時，通過傳感器的小電機經皮帶帶動套筒，使內齒輪反向轉動，提高內、外齒輪之間的相對轉速，以增加輸出信號幅度，保證轉矩測量精度。
(2) JN和TQ系列扭矩傳感器的結構特征和工作原理
扭矩傳感器扭矩數值的測量采用應變電測原理，當應變軸受扭力影響產生微小變形后，粘貼在應變軸上的應變計阻值發生相應變化，我們將具有相同應變特性的應變計組成測量電橋，應變電阻的變化即可轉變為電壓信號的變化進行測量。扭矩測量的主要原理見圖2。由于采用了能源與信號的無接觸耦合，實現了旋轉狀態下扭矩(轉矩)數值的測量。
扭矩傳感器的軸上裝有測速碼盤，當測速碼盤連續旋轉時，通過光電開關輸出具有一定周期寬度的脈沖信號，根據碼盤的齒數和輸出信號的頻率，即可計算出相應的轉速。
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