數字式轉矩轉速測量儀在測速系統中的應用
2020-11-25 電子產品世界
0 引言
電動機及機械動力裝置旋轉軸的轉矩一轉速特性是電動機及機械動力裝置的一項重要參數，轉矩轉速特性曲線的形狀及曲線中的起動轉矩、最小轉矩、最大轉矩等參數，往往是衡量一臺電動機或機械動力裝置能否順利起動和穩定運行的重要指標，因此，研製一種數字式、高精度、可攜式的轉矩轉速測量儀器，具有非常現實的意義。
傳統的旋轉動力系統轉矩測試，通常是採用電阻應變橋來檢測轉矩信號並藉助於導電滑環來實現電阻應變橋能源的輸入及應變信號的輸出，但是，由於被測軸在高速旋轉時會產生顫振，使接觸點處的接觸電阻發生變化，從而使測量誤差增大。此外，導電滑環屬於摩擦接觸，也不可避免地存在磨損及發熱，因而限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命。
為了更好地測量電機的輸出轉矩和轉速，控制和調整電機，本文選用JN338數字式轉矩轉速傳感器來進行轉矩的測量，並以數字量的形式送入以AT89C52單片機為核心構成的測試系統。由於JN338傳感器採用兩組帶間隙的特殊環形旋轉變壓器來承擔應變橋能源輸入及信號輸出任務，從而實現能源及信號的無接觸傳遞，因此提高了轉矩測量的精度及可靠性。此外，該傳感器還可同時實現旋轉軸轉速的測量，並方便地計算出軸的輸出功率，因此，利用該傳感器可實現轉矩、轉速及軸功率的多參數輸出。本測量儀還可完成轉矩、轉速、軸輸出功率的測量及報警值設定，測量周期設定及傳感器調零設定，同時還可將測試數據通過RS232口傳送到上位計算機，以實現測量數據的處理、分析和對比。
1 轉矩轉速測量原理
用JN338數字轉矩轉速傳感器對轉矩進行測量，可實現轉矩信號的傳遞，而與旋轉無關，也與轉速大小和旋轉方向無關。該傳感器既可以測量靜態轉矩，又可以測量動態轉矩，它無需反覆調零即可連續測量正反轉矩，並可高速長時間運行，而且檢測精度高、穩定性好、抗幹擾能力強。此外，傳感器的輸出信號以頻率量給出，也便於和微處理器、單片機進行接口。
1．1 轉矩測量
JN338轉矩傳感器的檢測敏感組件是電阻應變橋。該應變橋可以通過應變膠將專用的測扭應變片粘貼在被測彈性軸上，從而組成應變電橋，這樣，只要向應變電橋提供電源，即可測得該彈性軸受扭的電信號，然後將該應變信號放大，再經過壓／頻轉換變成與扭應變成正比的頻率信號。傳感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環形旋轉變壓器承擔的，因此，可實現能源及信號的無接觸傳遞。該應變傳感器的測量原理如圖1所示。
由圖1可見，該傳感器是在一段特製的彈性軸上粘貼專用的測扭應變片並組成電橋，以形成基礎扭矩傳感器，然後在軸上再固定能源環形旋轉變壓器的次級線圈、軸上印刷電路板和信號環旋轉變壓器的初級線圈。電路板上則包含整流穩壓電源、儀表放大電路及V／F變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環形旋轉變壓器的初級線圈、信號環形變壓器的次級線圈及信號處理電路。
該傳感器電路在工作時，通常由外部電源向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產生的400 Hz的方波，經過TDA2003功率放大後，即可作為交流激磁功率電源，然後通過能源環形旋轉變壓器從靜止的初級線圈T1傳遞至旋轉的次級線圈T2，將得到的交流電源通過軸上的整流、濾波電路處理後變成±5 V的直流電源。再將該電源作為運算放大器AD822的工作電源，並由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩壓後，便可產生±4．5V的精密直流電源。該電源既可作為應變電橋的電源，又可作為儀表放大器及V／F轉換器的工作電源。而當彈性軸受扭時，應變橋檢測到的mV級應變信號通過儀表放大器AD620將其放大成1．5 V±1 V的強信號，再通過V／F轉換器LM33l變換成頻率信號。此信號可通過信號環形旋轉變壓器，從旋轉軸傳遞至靜止的次級線圈，再經過傳感器外殼上的信號處理電路進行濾波、整形，即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號輸出。
JN338轉矩傳感器信號輸出形式如下：
零轉矩：10 kHz±50 Hz；
正向旋轉滿量程：15 kHz±50 Hz；
反向旋轉滿量程：5 kHz±50 Hz；
信號幅值：0~8V；
負載電流：40mA。
相關焦點
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JN338智能數字式轉矩轉速傳感器設計
１ 概述 轉矩傳感器在電動機、發動機、發電機、風機、攪拌機、卷揚機、鑽探機械等眾多的旋轉動力測試系統中及數控機械加工中心、自動工具機等機電一體化設備中已獲得廣泛的應用。 在有效的量程範圍內，傳感器的轉矩頻率輸出與對應的轉矩值基本上成線性關係，實際應用中，如果測量準確度要求不超過標稱值，一般不需要通過逐段參數標定來完成計算。 -
轉矩補償功能在單轉子壓縮機中的應用
編者按：本文通過單轉子壓縮機在低速運轉下的對比試驗，探討了轉矩補償對壓縮機低速運轉的影響。試驗結果表明，通過在IRMCF171晶片電機控制算法中加入低速轉矩補償功能，能夠有效地抑制轉速波動，避免壓縮機電機失步停機，同時減小噪音和振動。 -
電動機轉矩轉速控制的區別
從控制的角度來看，速度控制與轉矩控制兩者是獨立控制功能。速度控制的目標物理量是電機的轉速，力矩控制的目標物理量是電機的轉矩。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329060.htm從控制原理上看，速度控制是以速度為實際值進行閉環控制，速度調節器處於閉環狀態，通過其輸出去引導電流調節器，由電流調節器控制電機的電流，從而適時的調節了電機的轉矩，使電機始終跟蹤電機的設定轉速。 -
轉矩的測量方法
轉矩的測量方法可以分為平衡力法、能量轉換法和傳遞法。其中傳遞法涉及的轉矩測量儀器種類最多，應用也最廣泛。(1) 平衡力法及平衡力類轉矩測量裝置本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/333525.htm勻速運轉的動力機械或制動機械，在其機體上必然同時作用著與轉矩大小相等，方向相反的平衡力矩。通過測量機體上的平衡力矩(實際上是測量力和力臂)來確定動力機械主軸上工作轉矩的方法稱為平衡力法。 -
減速電機轉速、轉矩、慣量匹配
1、轉速匹配微型電機有額定轉速，在額定工作轉速下執行機構有自己的運動速度，這就需要用到減速機來完成速度匹配滿足執行機構要求，通過多級齒輪齒輪實現這一過程。執行機構決定額定轉速，傳動比在其中調節，轉速與傳動比呈反比，微型電機轉速經傳動比後得到的轉速為n/i。 -
三相異步電動機實驗——籠型電動機最小轉矩的換算
最小轉矩的測定概述籠型電動機在起動過程中最小轉矩的測量方法有下列幾種：a)測功機或校正過直流電機法；b)轉矩測量儀法；c)轉矩轉速儀法。測定時，被試電機應接近實際冷狀態，在額定頻率和額定電壓下進行。如試驗電壓不能達到額定電壓，最小轉矩值應按12.2.5換算。轉矩測量儀法用轉矩測量儀法測定最小轉矩時，必須測取被試電機的轉矩轉速特性曲線，最小轉矩從曲線上求取。試驗方法及要求同12.1.3。轉矩轉速曲線應從堵轉狀態開始使轉速逐漸升高進行測取。轉矩轉速儀法用轉矩轉速儀法測定最小轉矩的方法同12.1.4。 -
三相異步電動機試驗轉矩和溫度分析
轉矩測量轉矩傳感器及測量儀的選擇測量效率時轉矩傳感器及測量儀的準確度等級應不低於0.2級。應使用合適規格的轉矩傳感器及測量儀進行負載試驗（A法、B法）。轉矩傳感器及測量儀的標稱轉矩應不超過被試電機額定轉矩的2倍。在被試電機為額定轉速時，測得的聯軸器及測功機（或負載電機）的風摩耗應不大於被試電機額定輸出的15％，轉矩變化的敏感度應達到額定轉矩的0.25％。 -
基於直流電機調速與測速系統設計方案
本文以AT89S51單片機為核心，提出了基於直流電機調速與測速系統的設計方案，然後給出了系統的主電路結構，以及驅動電路設計和系統軟體設計。 -
霍爾傳感器在電動機車測速中的應用
測速裝置在機車控制系統中佔有非常重要的地位，對側速裝置的要求是分辨能力強、高精度和儘可能短的檢測時間。介紹了應用霍爾傳感器通過測量磁場強度，來得到穩定的脈衝方波信號，實現機車轉速的測量。 霍爾傳感器是利用霍爾效應實現磁電轉換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩定性高、體積小和耐高溫等特點，在機車控制系統中佔有非常重要的地位。對測速裝置的要求是分辨能力強、高精度和儘可能短的檢測時間。發電機轉速的檢測方案可分成兩類：用測速發電機檢測或用脈衝發生器檢測。 -
工業生產中直流電機調速與測速系統設計詳解
2.調速和測速系統的主體電路設計整個系統由輸入電路、PWM調製、測速電路、驅動電路、控制部分及顯示等部分組成，PWM調製選用AT89S51單片機通過軟體實現頻率和佔空比的調節。通過鍵盤調節速度檔位給定值，實現按給定值跟蹤，在LED顯示器上顯示，最後再由單片機輸出PWM脈衝信號，通過測速電路把轉速反饋給CPU並且通過CPU把轉速顯示在LED顯示器上，從而達到想要設定的轉速。 -
三相異步電動機試驗轉矩讀數修正值確定方法
轉矩讀數修正值T的確定本方法適用於轉矩測量儀與被試電機之間有軸承的情況。被試電動機經轉矩量儀與負載電機耦接測試負載電機如為直流電機，其電樞繞組開路，不勵磁。如負載電機為三相異步電機，不接電源。被試電機在額定電壓和額定率下運行，測量並記錄輸人功率P（W）、定子電流I（A）、轉速n(r/min)、轉矩T(N·m)、繞組溫度（℃）或繞組端電阻R、頻率f(Hz). -
伺服系統在線慣量辨識的新算法
但電機運行過程中負載擾動的影響以及電機參數的變化會使得控制器參數不匹配，進而影響系統性能。因此，實時獲取準確的電機參數對於參數自整定、故障檢測以及提高系統可靠性具有重要的研究意義和應用價值。要實現高性能伺服系統，必須具備參數自整定功能，使其能夠在線進行控制器參數設計，獲得良好的動靜態性能。 -
力矩、轉矩、扭矩的差異和測量
圖2 扭矩、轉矩 因此，在運行的電機中嚴格來說只能稱為「轉矩」。採用「力矩」或「扭矩」都不太合適。 二、電機轉矩測量的方法及趨勢 目前行業內測量電機的轉矩一般採用轉矩測量儀直接測量，關於電機的轉矩還存在多種行業前沿的測量項目，諸如矩角特性、轉矩波動、齒槽轉矩、摩擦力矩測試等。 對於步進電動機或者開關磁阻電機，需要特別關心的是定子磁動勢FS和轉子磁動勢Fr的夾角θ，而不是普通同步電動機中人們所熟知的功角σ。 -
利用微處理器設計的電機數字測速系統,抗幹擾能力強、測量精確
為了滿足工業電氣控制中對發動機、電動機、工具機主軸等旋轉設備的轉速測量和控制，設計一款基於微控制器控制的霍爾傳感器測速系統，此系統具有抗幹擾能力強、測量精確等優點，在電氣工程實踐中，經常會遇到各種需要測量轉速的場合，在對設備轉速和控制中，常需要分時或連續測量、顯示其轉速及瞬時速度。 -
光電編碼器在電機控制系統中的應用
概述：電機的位置檢測在電機控制中是十分重要的，特別是需要根據精確轉子位置控制電機運動狀態的應用場合，如位置伺服系統。電機控制系統中的位置檢測通常有：微電機解算元件，光電元件，磁敏元件，電磁感應元件等。 -
電機的電磁轉矩等於輸出轉矩?
電動機穩定運行的時候，轉子速度不變，意味著它所受到的電磁驅動轉矩和負載轉矩（也就是實際的輸出轉矩）已經相等，處於平衡狀態。 如果電磁驅動轉矩大於負載轉矩，則轉子還會加速旋轉；如果電磁驅動轉矩小於負載轉矩，則轉子會降低轉速。這兩種情況的轉子都是處於不平衡的過渡狀態。 -
電機電磁/轉速/轉矩/功率幾個重要公式
學過電磁感應定律的都知道，通電的線圈在磁場中會受力轉動，電機的基本原理就是如此，這是初中物理的知識。感應電流在磁場中就會受到安培力，產生磁矩，從而推動線圈轉動。從上面公式知道，電動勢大小與電源頻率、線圈匝數及磁通量成正比。磁通量計算公式Φ=B*S*COSθ，當面積為S的平面與磁場方向垂直的時候，角θ為0，COSθ就等於1，公式就變成Φ=B*S。 -
「講堂」轉矩轉速,雙管齊下,THS究竟是怎麼做到的
那麼這次就結合具體車型，來講講豐田系的混動系統究竟是怎麼工作的。為此，特地借了一輛雷克薩斯，實際體驗其節油效果。整個式子的含義為，發動機轉速等於0.7222倍的MG2轉速加上0.2778倍的MG1轉速。在三個轉速變量中，需要知道兩個，就能求得第三個。比如知道發動機轉速為2000rpm，MG2為2250rpm，那麼此時發電機轉速就需要1350rpm。 -
電機轉速與效率的關係:電機轉速快一定效率高?
對於不同極數的電機，效率指標的考核不同，高轉速電機的效率指標要高於低轉速電機，下圖是GB/T32891.1中對於部分功率段中不同極數但同功率電機效率指標的限值，除2極電機外，4、6、8極電機的效率指標轉速越低，效率也相對越低。同功率條件下，轉速又與轉矩呈負相關，即轉速越高轉矩又越低。 -
測速發電機的工作原理
測速發電機的工作原理 測速發電機的工作原理是將轉速轉變為電壓信號，它運行可靠，但體積大，精度低，且由於測量值是模擬量，必須經過A/D轉換後讀入計算機。脈衝發生器的工作原理是按發電機轉速高低，每轉發出相應數目的脈衝信號。按要求選擇或設計脈衝發生器，能夠實現高性能檢測。 測速裝置在機車控制系統中佔有非常重要的地位，對側速裝置的要求是分辨能力強、高精度和儘可能短的檢測時間。介紹了應用霍爾傳感器通過測量磁場強度，來得到穩定的脈衝方波信號，實現機車轉速的測量。