扭矩传感器的校准

应用中测量量的传输

校准传感器的任务，象使用于功率测试台中的那样的应用，一直是把测量量扭矩传输进应用。对此，必须有可追溯参考量，传感器在应用中测得的扭矩与这一参考量比较。

在校准实验室或测试台现场的校准

最简单的是测量量扭矩传输直接通过留在传动轴系中的扭矩传感器执行。这意味着，在厂家校准设备或其他在现场的校准实验室进行的扭矩传感器的校准作为参考被引用。对此视PTB校准书或DKD校准书直到厂家测试简报的要求而定，可以应用所有等级证书。

但是当这一扭矩传感器被用于测试台时，当地的边界条件对测试台的扭矩传感器的测量不可靠性有决定性的影响并引起进一步的偏差。这类偏差的原因可能是测试台部件如架子或离合器。某些因素如部件的 校直，配合零件或螺栓的弹性材料习性可能影响传动轴系的形变习性并由此影响扭矩传感器本身。因此扭矩传感器的测量特征受到影响。

替换的方案是在应用现场，在安装状态下校准扭矩传感器。本节致力于这种工艺以及对它的判断。有利的是可以极小化并估计工艺中测试台和环境对测量结果的反作用。现场校准在校准等级中的地位并不自然而然比实验室校准差，而与使用的参考标准以及设备的品质认证和工艺有关。

测试台校准在优化的流程下有优点。首先：

·         在测试台的安装状态和和校准时的安装状态的差异产生的影响消失

·         再校准通过快速实施节省时间，因为无需全部拆卸和运输到外部校准实验室

·         因为测试台的应用是作为整体测量手段体现的，它的干净利落的可追溯性是有证书的，使得现场校准的接近可追溯性的基本思想

弄清对校准的精确度要求

尽管测试台校准的潜在的优势，是否它优先于实验室校准的问题不能笼统回答。其一问题不是由具体的应用案例提出的，其二，对实验室校准习以为常的校准设备和方法的评价判据，还处于发展阶段。

对校准方法的选择，首先弄清一般的要求。如在选择扭矩传感器时已讲过的(见第4章)，精确度问题不能用 单一的实际回答。而需要一系列仔细定义的概念逐一回答。

因此恰恰是对测试台校准流行的实践，仅仅限于注意待校准的扭矩传感器与参考扭矩的最好的一致性。对此校准限于唯一的测量序列和唯一的传感器安装位置。作为精确度判据采用最大偏差。

反之，如要求可追溯性，在扭矩传播时要注意校准等级的规矩。首先的问题是，满足可重复性够了，还是要求可比较性。如果要求可比较性，那么需保证与校准设备同样的条件，包括其他安装条件。

对可重复性一次安装位置上的观察够了。正是这儿测试台的校准提供原则上的优点，因为在校准过程和使用之间的安装形势的变化是如此微小，以致于可重复性足够了。

此外，对一定的要求应提出问题，是否需要多个部分范围的校准，由此－传感器的相应的特性为前提－改善在测量范围的下部的精确度。

7.5.2 测试台校准的技术和装备

当计划在测试台校准，与校准实验室类似，有很多方法。

根据杠杆臂－质量－系统的校准设备

目前使用最广的仍是杠杆臂－质量－系统。这儿涉及其参考扭矩可以精确地产生的校准系统。这一工艺的优点是，它至今确保对精确度的期望，并在用户中享有信誉。由于传输的纯力学方法理由，长期稳定性是相对不困难的。从结构的和实践的观点看其重要优点是，根据杠杆臂－质量－系统原理的测试台和校准设备这样设计，以致于杠杆臂可以放在测试台上而无需拆散传动轴系。实践的困难在于，杠杆臂－质量－系统难以校准大的扭矩，因为需要的质量和杠杆臂实在太大。

主要的问题是，排除或极小化轴承的摩擦力影响。与校准设备相反，在校准实验室的运作里，特别的轴承在测试台校准中的使用几乎是不可能的，因而往往与测试台在校准时与正常运行时改变尽可能小的要求背道而驰。

即使当杠杆臂就装在扭矩传感器旁边，如图7.9所示，问题也并没有解决。这可以借助技术力学的外部和内部矩的概念说明。通过杠杆臂的扭矩作为外部矩作用在传动轴系上。根据静力学的矩定理，仅当外部矩的相互抵销，才能达到平衡。被测扭矩相反，作为内部矩或所谓剪切矩。在平衡观察中，仅当传动轴系在扭矩传感器处在头脑中截断时才可见。图7.9下部显示了这一过程。平衡观察的目的是，由参考扭矩确定作用在扭矩传感器上的扭矩的方程，这儿是杠杆的外部扭矩。

图7.9  根据杠杆臂－质量－系统原理的带校准设备的测试台，杠杆臂由分离的轴承支承

对现今的能承担显著的弯曲扭矩和径向力的扭矩测量法兰盘，往往避免校准杠杆臂和测量法兰盘之间的各种轴承，如图7.10。但必须准备可能的体现寄生负载的弯曲矩和径向力对校准结构的影响。

如观察出现扭矩的力学剖面(见下图)，

这显示，这儿没有轴承摩擦引起的扭矩歪曲。然而要打算由寄生负载引起的歪曲，因为杠杆臂的重量对扭矩传感器传输弯曲扭矩和侧向力。

弯曲矩可以减少，杠杆臂或接收机制是这样设计 的，以致于杠杆臂和校准质量的重心尽可能与 扭矩传感器 在轴的同一位置。然而这一措施不能减少侧向力。

图7.10  根据杠杆臂－质量－系统原理的带校准设备的测试台，杠杆臂由扭矩传感器承担

这两种无常源，由轴承支承杠杆臂的轴承摩擦和不由轴承支承杠杆臂的寄生负载，需单独定量估计，以便它们可以彼此权衡。权衡也要考虑结构原因，最终设问：优先借助传输传感器还是参考传感器。

带扭矩参考传感器或扭矩传输传感器的校准设备

对于带扭矩参考传感器或传输传感器的系统而言，扭矩原则上可以任意的机制产生，这对测试台现场校准部分地带来显著优点。视校准设备结构而异，可通过它容易地在适宜的地方以微小的寄生负载引入扭矩 。

增高自动化程度一般也是可能的，因为麻烦的施放重物成为多余。出于同样理由也显出运输方面的 优点。当要求无级负载过程时，实际上本工艺没有替换办法。然而，这一工艺很少这种经验，弄清最有利的的设计和能达到的校准精确度强烈依赖于单个案例。为估计附加的测量不可靠性部分必须已知功率测试台或校准设备对传输传感器的反作用。

多数上面提及的优点可归结为工艺本身的特征，轴承的的摩擦矩的影响实际上总是可以排除。这可以用 图7.11 显示的构造来阐明。

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

上一篇：扭矩传感器的选择  下一篇：扭矩传感器在扭矩、转速、功率三参数参数测试仪系统中的应用