淺析扭矩傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
扭矩傳感器：
又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳慼器、扭矩儀,分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類,其中動(dòng)態(tài)扭矩傳慼器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。扭矩傳感器是對(duì)眢種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè)。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)。扭矩傳感器可以應(yīng)用在制造粘度計(jì),電動(dòng)(氣動(dòng),液力)扭力扳手,它具有精度高,頻晌快,可靠性好,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；
扭矩傳感器的工作原理：
采用應(yīng)變片電測(cè)技術(shù),在彈性軸上組成應(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)過壓/頻轉(zhuǎn)換,變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。
扭矩傳感器基本介紹：
通常所說的轉(zhuǎn)矩是外力矩，如機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)是動(dòng)力源提供的外力矩作用的結(jié)果，而扭矩是內(nèi)力矩，主軸工作時(shí)，刀具切削力對(duì)主軸的反作用使之產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，可用其衡量扭矩的大小。扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)或扭轉(zhuǎn)變形的力矩，等于力和力臂的乘積。
扭矩是在旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù)，為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩，使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器。該傳感器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。
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)。 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。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(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)來完成。 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。并且由于接觸不可靠引起信號(hào)波動(dòng)，從而造成測(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)。 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。
扭矩傳感器特點(diǎn)：
1：既可以測(cè)量靜止扭矩,也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;
2：既可以測(cè)量靜態(tài)扭矩,也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩;
3：檢測(cè)精度高,穩(wěn)定性好;抗干擾性強(qiáng);
4：體積小,重量輕,多種安裝結(jié)構(gòu),易于安裝使用;
5：不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩;
6：沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件,可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行;
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;
8：測(cè)量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載；
扭矩傳感器發(fā)展趨勢(shì)：
隨著自控系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，對(duì)扭矩傳感器的精度、可靠性和響應(yīng)速度提出了更高的要求。扭矩傳感器正呈現(xiàn)以下的發(fā)展趨勢(shì)：
1：測(cè)試系統(tǒng)向微型化數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展；
2：從單功能向多功能發(fā)展，包括自補(bǔ)償、自修正、自適應(yīng)、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶；
3：向著小型化、集成化方向發(fā)展。傳感器的檢測(cè)部分可以通過結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)小型化，IC部分可以整合盡可能多的半導(dǎo)體部件、電阻到一個(gè)單獨(dú)的IC部件上，減少外部部件的數(shù)量；
4：由靜態(tài)測(cè)試向動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)方向發(fā)展；
扭矩傳感器不足之處：
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，
1：易受使用現(xiàn)場(chǎng)電磁波的干擾；
2：由于是電池供電，所以只能短期使用；
3：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)。
