扭矩传感器采用不接触方法
由滑环中导电刷装配引起的寄生拖曳力矩也消失了。然而,由于需要轴承且变压器芯易碎,最大旋转速度仍然受到限制,仅仅比滑环方案好一
点。变压器初级和次级的对准会引入噪声和误差,系统也容易受到两者的影响。因为旋转变压器存在特殊的要求,还需要专用信号调理(电路)
,以便产生大多数数据采集系统可接收的信号,从而进一步增加已经比典型的滑环零件更贵的系统成本。
红外线(IR)方案
跟旋转变压器一样,红外线(IR)扭矩传感器采用不接触方法,从旋转的传感器把扭矩信号取回到固定的世界。相似地,利用旋转变压器耦合,
电源被传输到旋转传感器。然而,与其被直接用于激励应变计桥,扭矩传感器不如被用于为旋转的传感器供电。该电路把激励电压提供给传感器的应变计
桥,并把传感器的输出信号数字化。
该数字输出信号然后通过红外线被发送到固定的接收二极管,其中另一个电路核查数字信号的误差并将其转换回模拟电压。因为传感器的输出
是数字信号,它不太容易受到诸如电机和磁场之类的噪声源的影响。与旋转变压器系统不同,红外换能器可以被配置为安装或不安装轴承,真
正做到了免于维护、不磨损和不需要拖曳传感器。
虽然比简单的滑环方法要昂贵得多,但是,它有几点好处。
当不安装轴承的时候,作为真正的不接触测量系统,易磨损件没有了,使之理想地合适于长期测试设备。更重要的是,由于不需要轴承,工作
速度(最大旋转速度)大为提高,达到25,000以上的最大旋转速度,即使对具有高扭矩力的传感器也如此(根据上文改写)。对于高速应用,这常
常是旋转扭矩传动的最佳方案。
扭矩传感器调频发射机
另外一种在旋转传感器与固定世界之间建立连接的方法是采用调频(FM)发射机。这些发射机被用于把任意传感器遥控—无论是力传感器还是扭
矩传感器—连接到远端的数据采集系统;发射机把传感器的信号转换为数字形式,并发送到一台FM接收机;而FM接收机把接收到的信号转换回
模拟电压。
对于扭矩应用,它们通常被用于一种专业的传感器,如当应变计被直接应用到驱动轴中零件的时候,例如,这可能是车辆的传动轴或半轴。发
射机提供的好处是便于安装在零件上,正如它通常就被夹带计量轴一样,并且它可重新被用于多定制传感器。旋转的传感器确实存在需要电源
供电的缺点,典型值为9V,从而使之不适用于长期测试。
在努力测量扭矩的过程中,掌握被测扭矩的特性以及可能改变扭矩的因素,对所采集的数据的可靠性有重要影响。在需要测量动态扭矩的应用
中,要特别小心地在恰当的位置测量扭矩,并且不要让测量系统的阻尼作用影响到扭矩。
掌握旋转扭矩传感器连接的各种可选方案,可能极大地影响传感器封装的价格。滑环是一种经济的方案,但是,有其局限性。对于要求更高的
应用,可以采用技术上更为先进的方案,但是,成本会更高。通过考虑特殊应用的要求和条件,可以第一时间选择适当的扭矩测量系统。
转矩传感器的选择
世界各个国家和厂家的转矩传感器产品争奇斗艳,扭矩传感器各具特色。对比各种转矩传感器的特点,认为电阻应变式扭矩传感器的技术成熟,在超大量
程转矩测量方面可靠性较好,技术风险低。针对此型扭矩传感器测量精度上的缺点,选用对转矩传感器进行改进后的产品,如对应变式传感器
改进为密封型挠曲传感器,以及测量轴与测量应变片一体化设计。
德国生产的电阻应变式转矩测量仪,其测量应变片和测量轴成一体化设计,组成转矩传感器,最大限度消除不合理的应变片粘贴工艺质量对测
量精度影响;美国的生产卡环式应变传感器,其使用的密封型挠曲传感器是专利产品,传感杆按照已知量移动和挠曲,消除了应变片粘贴工艺
质量对测量精度影响;上海生产卡环式应变传感器,敏感被测轴的扭转变形角,变形量与转矩成正比。
衡量测量性能好坏的指标,除了精度以外,线性度、迟滞、重复性指标也很重要。转矩传感器中的弹性元件、信息交换元件及测量系统中的放
大元件、指示器等都可能造成误差。
转矩测量装置的选择应综合考虑各方面的因素。德国产品的测量精度高于其它两家公司的产品,但是这个产品属于介入式的传感器,必须作为
整个传动轴系的一部分才能使用,而且需要加装高性能的弹性联轴器以消除对测量精度的影响,在使用中造成不便;美国的产品为卡环式传感
器,属于不介入式传感器,使用时无须断开轴系,给实际工况测量转矩带来很大的方便,在精度要求不是太高时可以选用,但是售后服务支持
和使用期间的计量检定方面有不足;上海的产品是不介入式传感器,虽然其接触式滑环供电方式易磨损、需要定期清洗电刷和更换电刷、安装
困难、容易引入干扰信号,在使用和维护方面有诸多不便之处,扭矩传感器但同时也应注意到,作为国内产品其在售后服务以及使用期间的计量检定方面
有较大优势。
在测量精度要求很高的情况下,可以考虑采用德国产品;如果没有非常高的精度要求,应尽可能选用不介入式的卡环式传感器,避免介入式传
感器实际工况测量转矩时的不便。
相关信息: