雖然扭矩傳感器有多種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，但它們都有一些共同點(diǎn)。為了了解扭矩傳感器的工作原理，我們將從傳感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)開(kāi)始解釋。

應(yīng)變技術(shù)簡(jiǎn)介

像許多其他類(lèi)型的傳感器一樣， 扭矩傳感器采用應(yīng)變技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。傳感器通常是一個(gè)金屬?gòu)椥泽w，其上面安裝有應(yīng)變計(jì)（SG）。應(yīng)變計(jì)牢固地黏貼在彈性體上。

如果外部載荷作用在傳感器上，測(cè)量體將產(chǎn)生變形，應(yīng)變計(jì)的電阻也隨之改變。這樣，通過(guò)電阻的變化即可測(cè)量載荷大小。這不僅適用于扭矩傳感器，也適用于稱(chēng)重傳感器、力傳感器和其他類(lèi)型的傳感器。然而，扭矩傳感器有一些特殊性。

如果應(yīng)變計(jì)被壓縮，其電阻(?) 減少；

如果拉伸，電阻會(huì)增加。

扭矩傳感器的典型設(shè)計(jì)

和稱(chēng)重傳感器或力傳感器不同，扭矩傳感器的測(cè)量體在使用時(shí)不會(huì)受到拉向載荷，而是受到杠桿力矩或扭矩的影響，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。因此，扭矩傳感器需要采用特殊的應(yīng)變計(jì)來(lái)測(cè)量這種類(lèi)型的載荷，即扭矩。兩種典型的扭矩傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為軸式和法蘭。

測(cè)量體在負(fù)載下扭曲

軸式扭矩傳感器

軸式扭矩傳感器由測(cè)量軸組成，測(cè)量軸也可能是空心的。應(yīng)變計(jì)安裝在軸上，有時(shí)安裝在中間的錐形部分上，具體取決于不同的型號(hào)，軸由殼體密封。軸或轉(zhuǎn)子可以移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，而外殼或定子固定。這兩部分通過(guò)低摩擦、零游隙軸承相互連接。傳感器一般通過(guò)軸兩端的轂式聯(lián)軸器連接到測(cè)試結(jié)構(gòu)或試驗(yàn)臺(tái)上。這些聯(lián)軸器有各種形狀和尺寸。

軸式扭矩傳感器簡(jiǎn)化示意圖

扭矩法蘭

測(cè)量法蘭的結(jié)構(gòu)基本上與測(cè)量軸相似，但外觀完全不同。它們也由一個(gè)中空的軸組成，盡管這個(gè)軸非常短。法蘭位于軸的兩端。這樣可使傳感器能夠通過(guò)螺紋連接集成到結(jié)構(gòu)或試驗(yàn)臺(tái)中。測(cè)量法蘭包括轉(zhuǎn)子和定子。然而，與測(cè)量軸不同，轉(zhuǎn)子并非完全封閉在殼體中。因此，無(wú)需軸承總成。

測(cè)量法蘭的簡(jiǎn)化示意圖

非接觸式測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸

這也是旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器與其他傳感器（如力傳感器或稱(chēng)重傳感器）之間最大的區(qū)別，由于旋轉(zhuǎn)，其無(wú)法使用供電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|，因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電纜會(huì)纏繞在一起。為了避免這種情況，需要采用非接觸式方式連接，將信號(hào)或電能從定子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，從而為安裝的應(yīng)變測(cè)量電路供電。

電子設(shè)備安裝在測(cè)量體內(nèi)。應(yīng)變橋路信號(hào)在無(wú)線傳輸?shù)蕉ㄗ又氨环糯?、濾波和數(shù)字化。然后，數(shù)據(jù)可以通過(guò)頻率或電壓信號(hào)輸出，也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字輸出，例如EtherCAT或Profinet，具體取決于應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)扭矩測(cè)量

測(cè)量扭矩時(shí)，傳感器不總是旋轉(zhuǎn)。非旋轉(zhuǎn)裝置的典型應(yīng)用是標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)和攪拌機(jī)測(cè)量。在后者中，傳感器由電機(jī)外殼支撐，驅(qū)動(dòng)軸穿過(guò)傳感器的中心孔。

在大多數(shù)應(yīng)用中，傳感器是被測(cè)物和測(cè)功機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系一部分。例如，被測(cè)物可能是內(nèi)燃機(jī)、變速箱或電機(jī)。

在測(cè)試臺(tái)上的扭矩傳感器

不僅是扭矩

扭矩傳感器還具有其他功能。除扭矩外，還可以記錄其它測(cè)量變量。這是可選的。最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)在轉(zhuǎn)子上的透光開(kāi)槽圓盤(pán)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光束會(huì)有一定的間隔中斷。當(dāng)時(shí)間窗口恒定時(shí)，只需通過(guò)脈沖數(shù)即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速。

許多用戶感興趣的另外一個(gè)重要特性是功率，功率可以通過(guò)扭矩乘以轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算。此外，許多扭矩傳感器都內(nèi)置溫度傳感器，例如，它可以告訴我們傳感器或傳動(dòng)系的工作溫度。

扭矩傳感器用于測(cè)試臺(tái)

靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量

扭矩傳感器可以進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量的一個(gè)例子是旋轉(zhuǎn)元件不斷加速然后減速（或“制動(dòng)”）或是內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力沖程產(chǎn)生的脈動(dòng)扭矩。此外，動(dòng)態(tài)扭矩也可以在完全不旋轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，如發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)（內(nèi)燃機(jī)或電機(jī)），動(dòng)態(tài)扭矩都與旋轉(zhuǎn)有關(guān)。

扭矩傳感器典型應(yīng)用

在研發(fā)領(lǐng)域，扭矩傳感器是各種發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的必然要求。當(dāng)您需要提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率時(shí)，精確的扭矩測(cè)量是必不可少的，因?yàn)樗梢源_定摩擦損失并將其降至最低。在電動(dòng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)中，重要的是行程和提高效率；在混合動(dòng)力和內(nèi)燃機(jī)中，關(guān)鍵是盡可能降低二氧化碳排放量來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好。

此外，扭矩傳感器還可用于變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)的下線檢測(cè)或旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的功能測(cè)試。然而，有些應(yīng)用看起來(lái)完全不同，例如采用扭矩傳感器監(jiān)測(cè)液體混合過(guò)程，或是將扭矩傳感器安裝在船舶動(dòng)力系統(tǒng)中。還有一些傳感器用作標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)中的參考傳感器。HBM 可以為多種應(yīng)用提供軸式或法蘭扭矩傳感器。