扭矩傳感器的發(fā)展及未來

1、應變測量技術(shù)

 扭矩測量技術(shù)。銘翰亞誠技術(shù)團隊描述了著名的胡克定律中材料應變與相關(guān)材料應力之間的比例關(guān)系。電橋電路對于進一步的發(fā)展過程而言，當時銘翰亞誠根據(jù)橋接電路，可以測量出最小的張力變化。發(fā)現(xiàn)電阻絲的機械應變ε與其電阻變化之間的關(guān)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(fā)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(zhuǎn)軸系中的測量。

 2、第一個旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器

 如果軸在軸向扭矩下加載，則其旋轉(zhuǎn)大約與扭矩成比例的角度。該角度可以用角度測量系統(tǒng)測量。根據(jù)該原理，在之后不久，第一個帶有感應測量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)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(tǒng)很小，AC電壓測量信號的幅度與測量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸測量系統(tǒng)上并且用于傳輸放大測量的測量信號，使用旋轉(zhuǎn)變壓器，其根據(jù)變壓器的原理構(gòu)造。變壓器的一個線圈固定在定子中，第二個線圈與轉(zhuǎn)子上的第一線圈同心設置。如果通過這種類型的旋轉(zhuǎn)變壓器傳輸調(diào)幅測量信號，則它們的耦合系數(shù)直接包含在測量結(jié)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。

施加在旋轉(zhuǎn)軸上的應變儀橋的測量信號的第一次傳輸是用滑環(huán)進行的。通過滑環(huán)傳輸電源電壓和輸出電壓需要特別小心。滑環(huán)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(chǎn)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(fā)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(shù)的缺點是滑環(huán)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(huán)接收的橫截面信號

 為了獲得具有更穩(wěn)定和免維護信號傳輸?shù)膫鞲衅鳎呀?jīng)開發(fā)了一種扭矩傳感器，其允許應變橋的測量信號的無滑環(huán)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(huán)傳輸。隨著電子設備變得越來越小，在旋轉(zhuǎn)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(huán)用于為發(fā)射器提供測量信號的第二頻率調(diào)制傳輸。同時，傳感器都經(jīng)過溫度補償和蠕變補償。技術(shù)的一大優(yōu)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(xù)難以解決它們需要相對大的旋轉(zhuǎn)角度來測量扭矩的問題，導致類似扭轉(zhuǎn)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?shù)目赡苄裕鲛D(zhuǎn)矩傳感器的市場上已經(jīng)改變到許多扭矩傳感器，現(xiàn)在具有集成測量放大器供給的效果。

4.現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)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(qū)動器引起的干擾，特別是具有長供電線和高動態(tài)特性的干擾。因此，傳感器的信號電平在過去已經(jīng)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(shù)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(zhuǎn)部件和旋轉(zhuǎn)電子。集成電子電路在定子和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子上，其中信號立即被放大和數(shù)字化。然后，該數(shù)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?shù)男盘枺渚哂械蕉ㄗ拥男ｒ灪汀?shù)據(jù)信號在定子中處理，然后轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)中校準值，測量范圍，然后可根據(jù)需要的讀出傳感器通過處理器供電單元監(jiān)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(xiàn)測量裝置的一個非常高的可靠性的傳感器數(shù)據(jù)的存儲和讀出數(shù)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(lǐng)域不可或缺的一部分。這里有一小部分應用于電動機、內(nèi)燃機、扭矩試驗臺、測功機、電動機、引擎、齒輪、發(fā)電機、風機、泵等，其它應用測量設備轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在汽車控制、調(diào)節(jié)、擰緊螺帽的扭矩平衡、軸承預緊、彈簧預緊力。功能測試發(fā)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(chǎn)品開發(fā)，生產(chǎn)，質(zhì)量保證到產(chǎn)品監(jiān)控的所有領(lǐng)域。即使在農(nóng)業(yè)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(xiàn)場檢查生產(chǎn)方式。

6.扭矩傳感器的未來

 應變計技術(shù)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(wěn)定，傳感器可以設計成更高的彈簧常數(shù)，從而改善測量動態(tài)。 這是通過以下事實實現(xiàn)的：在測量精度相同的情況下，由于測量放大器的電穩(wěn)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(shù)據(jù)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(zhì)量保證的數(shù)據(jù)。