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扭矩傳感器的發展及未來

摘要:北京銘翰亞誠科技有限公司,1、應變測量技術 扭矩測量技術。銘翰亞誠技術團隊描述了胡克定律中材料應變與相關材料應力之間的比例關系。電橋電路對于進一步的發展過程而言,當時銘翰亞誠根據橋接電路,可以測量出最小的…

1、應變測量技術

      扭矩測量技術。銘翰亞誠技術團隊描述了胡克定律中材料應變與相關材料應力之間的比例關系。電橋電路對于進一步的發展過程而言,當時銘翰亞誠根據橋接電路,可以測量出最小的張力變化。發現電阻絲的機械應變ε與其電阻變化之間的關系。之后總是用電阻線進行實驗。在之后第一個箔應變計用于扭矩測量。因此,可以制造固定應變計扭矩傳感器。這些傳感器通過反應扭矩測量幫助解決了研發和實驗中的許多問題。扭矩傳感器最重要和最常見的用途是旋轉軸系中的測量。

 2、第一個旋轉扭矩傳感器

      如果軸在軸向扭矩下加載,則其旋轉大約與扭矩成比例的角度。該角度可以用角度測量系統測量。根據該原理,在之后不久,第一個帶有感應測量系統的旋轉扭矩傳感器被制造并在市場上出售。為了饋送傳感器載波,使用幾百kHz的頻率。因此,必要的系統很小,AC電壓測量信號的幅度與測量系統的旋轉角度成比例,并且具有與電源電壓相同的頻率。為了布置在旋轉軸測量系統上并且用于傳輸放大測量的測量信號,使用旋轉變壓器,其根據變壓器的原理構造。變壓器的一個線圈固定在定子中,第二個線圈與轉子上的第一線圈同心設置。如果通過這種類型的旋轉變壓器傳輸調幅測量信號,則它們的耦合系數直接包含在測量結果中。軸向或徑向位移,非圓形行程,磁性材料特性的變化以及磁分流都可能導致測量誤差。

扭矩傳感器發展

       施加在旋轉軸上的應變儀橋的測量信號的第一次傳輸是用滑環進行的。通過滑環傳輸電源電壓和輸出電壓需要特別小心。滑環必須與軸和相互絕緣,即使是最小的絕緣缺陷也會導致傳感器的測量誤差。必須選擇在滑動觸頭的接觸壓力,使得在一方面接觸電阻小,對剝離由于產生的振動和跳動足夠的安全性是存在的,但也從另一方面看會發生不太強加熱和過度磨損。除了材料的選擇外,決定性因素還在于對表面進行精心加工。在高圓周速度下預計會遇到特別困難。這種技術的缺點是滑環和碳刷在一段時間后都會有磨損,因此必須更新。

3、通過滑環接收的橫截面信號

       為了獲得具有更穩定和免維護信號傳輸的傳感器,已經開發了一種扭矩傳感器,其允許應變橋的測量信號的無滑環傳輸。通過應變橋的輸出與扭矩幅度模塊AC電壓成比例的獲得。供給應變橋所需的交流電壓和測量信號都可以通過集電環傳輸。隨著電子設備變得越來越小,在旋轉軸上集成一個測量放大器,用于為應變計電橋供電并處理測量信號。集電環用于為發射器提供測量信號的第二頻率調制傳輸。同時,傳感器都經過溫度補償和蠕變補償。技術的一大優勢是干擾變量的補償可以直接在測量點進行。所用材料的彈性模量的溫度依賴性例如是對于每100K溫度變化大約3%的鋼。由于這種干擾直接包含在傳感器的特征值中,因此也必須進行補償。在角度測量傳感器的情況下,首先在測量放大器中進行補償,從而始終預期特征值的溫度特性。角度測量傳感器繼續難以解決它們需要相對大的旋轉角度來測量扭矩的問題,導致類似扭轉的布置,其僅允許緩慢的測量操作。更小的電子裝置和它的測量信號的不斷改進的傳輸的可能性,所述轉矩傳感器的市場上已經改變到許多扭矩傳感器,現在具有集成測量放大器供給的效果。

4.現在的旋轉扭矩傳感器

      第一個扭矩傳感器通常具有模擬信號輸出。在這些接口處,不能排除由于相鄰功率單元和驅動器引起的干擾,特別是具有長供電線和高動態特性的干擾。因此,傳感器的信號電平在過去已經增加,通常是±5V或±10V的信號電平。但是,對許多應用來說,抗干擾性是不夠的。解決方案在于數字傳感器電子器件。在軸上是應用應變計橋的直徑錐形點,在軸和旋轉部件和旋轉電子。集成電子電路在定子和轉子中都有一個存儲器的微處理器。通過應變電路將測量值記錄在轉子上,其中信號立即被放大和數字化。然后,該數字信號進入處理器,該處理器以串行字的形式準備用于傳輸的信號,其具有到定子的校驗和。數據信號在定子中處理,然后轉換為串行RS485接口的處理器。通過使用處理器,既在軸,以及在定子數據中校準值,測量范圍,然后可根據需要的讀出傳感器通過處理器供電單元監控供電,處理器供電單元也可以接通校準控制器以檢查傳感器。通過直接在源并實現測量裝置的一個非常高的可靠性的傳感器數據的存儲和讀出數字化的測量信號。

5.扭矩傳感器的應用

      如今,扭矩傳感器是許多領域不可或缺的一部分。這里有一小部分應用于電動機、內燃機、扭矩試驗臺、測功機、電動機、引擎、齒輪、發電機、風機、泵等,其它應用測量設備轉矩傳感器安裝在汽車控制、調節、擰緊螺帽的扭矩平衡、軸承預緊、彈簧預緊力。功能測試發動機風力渦輪機、起重機、鉆桿等曲軸扭矩。如您所見,扭矩傳感器用于從培訓到產品開發,生產,質量保證到產品監控的所有領域。即使在農業中,也可以在機械中找到扭矩傳感器。為了證明測量的可追溯性,正在使用越來越多的參考扭矩傳感器,以便能夠直接在現場檢查生產方式。

6.扭矩傳感器的未來

       應變計技術將成為未來扭矩傳感器的主力軍。 由于電子器件越來越小且電氣越來越穩定,傳感器可以設計成更高的彈簧常數,從而改善測量動態。 這是通過以下事實實現的:在測量精度相同的情況下,由于測量放大器的電穩定性較高,測量信號可以變得越來越小。然而,另一方面,改進的測量信號處理也可用于測量裝置的更高精度。未來還屬于具有存儲的計量數據的智能傳感器,其中測量總是更安全,并且可以直接從傳感器檢索用于質量保證的數據。

         
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