扭矩传感器测量演示图

一.转矩仪的作用原理

    扭矩传感器通过测量某些传递转矩的零件（如轴、特制的联轴器或实际的传动轴等）在转矩的作用下产生的扭转变形来测量转矩。例如下图,圆轴在转矩Tt(Nm)的作用下，相距L（m)的两个截面的相对扭转角φ(rad)为：
       即有:
    式中：G为轴材料的剪切模量,Ip为轴截面的极惯性矩。

二.转矩仪的种类

    转矩仪分为:相位差式 ,应变式 ,磁致伸缩式

    1.相位差式转矩仪
    相位差式转矩仪利用中间轴在弹性范围内其相隔一定长度的两截面上所产生转角的相位差与转矩成正比的原理制成。

    ①光电式扭矩传感器    结构： 转矩仪的中间轴通过联轴器串接在传动轴中间；2只光栅盘分别经套筒固定于中间轴的A、B两端；外壳通过轴承支撑于中间轴，轴转动时外壳不转；外壳两侧安装光源和光电管，光源透过两只光栅照射到光电管。如下图：
   

    测量原理:
    a. 无转矩作用时，A、B光栅相互遮挡，光电管输出为零；
    b. 转矩T作用时，轴的A、B端扭转一个角度φ，A、B光栅也错开φ角度，透过部分光线。T 越大，φ也越大，光电管的输出越大。
    c. 转速对转矩的测量无影响
    光电管输出的是光电流脉冲列的直流分量:

    ②光学式转矩仪
    结构： 由扭转应变轴，弹性传递轴（自由端），平行光投射器，望远镜组成。如下图：
   

    测量原理： 扭转应变轴3 受扭后，使反射光线2 发生偏移，偏移量与转矩成正比。

    ③磁电式转矩仪
    结构： 弹性轴上热套只外齿轮，旋转套筒上2只内齿轮与外齿轮位置相对内齿轮紧靠永久磁铁，起磁头作用。旋转套筒在外壳内可以转动。外壳用轴承支撑于弹性轴。如下图：
     

    测量原理： 弹性轴转动受扭后，相距L的2只外齿轮扭转一个角度，发出的两列磁电脉冲信号产生相位差。

    2.应变式转矩仪
    测量原理:  
    转轴承受转矩时要产生切应力（变），最大切应力（变）发生于圆周，方向为450和1350。它与转矩成正比。应变式转矩仪在转轴这两个方向粘贴应变片，用电桥测出其最大应变，从而测得转矩。如下图:
   

    3.磁致伸缩式转矩仪
    测量原理: 
    当轴受转矩作用时，轴上有应力分布，使轴表面的磁导率发生变化。拉应力+σ使磁阻R1,R4减小，磁导率增加；压应力-σ使R2,R3增加，磁导率减小，结果产生一个不平衡磁通，在感应线圈C,D中产生与轴上所受转矩T1有关的电动势，根据标定得出的此电动势信号与转矩T1的关系可测出转矩T1。原理图如下:
    　

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

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