角度傳感器測扭矩 _車訊網chexun.com-車訊網

【車訊網 報導】　　在20世紀50年代出現了首次使用角度傳感器來測量扭矩的技術，角度傳感器來測量扭矩具有許多優點，隨著感應角度傳感器的新發展，被認為已經過時了的這個技術現在正在捲土重來。

　　測量施加在固定金屬軸上的扭矩通常很簡單。如果未超過軸的彈性極限，則軸中的扭曲量與扭矩成比例。測量扭曲程度; 查看軸材料的楊氏模量; 應用工程師手冊中的數學公式， 你有一個非常好的扭矩測量。

　　在連續旋轉的軸中測量扭矩是比較棘手的問題，現在有幾種方法可以做到，但常見的方法是根據旋轉軸所需的功率來推斷扭矩，這通常意味著測量提供給驅動運動的電動機的電流。這種測量方式較為簡單，但不準確，因為電流消耗取決於其他因素，如速度，電壓供應，軸承狀況，溫度等。

　　用應變計測量扭矩

　　更準確的方法是使用應變儀或表面聲波（SAW）裝置測量軸中的扭曲。這種測量方式準確率大幅度提高，但是在軸和外界的應變儀之間需要滑環或一些無線信號傳輸方法的複雜性。任何曾經不得不在憤怒中使用應變計的工程師都會告訴你 - 應變計理論和應變計實踐之間存在很大差異。應變計往往具有較大的溫度係數和在惡劣條件下不穩定的惡劣習慣。在實驗室中使用應變儀或SAW設備測量扭矩通常很好，但對於許多工業應用來說並不是一個現實的主張。

　　角度傳感器測量扭矩

　　除了上面兩種測量方式外，還有另一種方式。這種測量方式在很久前就已經出現過，根本不是新的，但似乎已經被工程師們給遺忘了。在20世紀50年代首次用於測量發動機的扭矩 - 顯著的是用於Hercules / C-130貨機的渦輪螺旋槳發動機。

　　該技術通過測量安裝在軸上的兩個「多速」旋轉變壓器之間的相移來測量軸的扭曲和扭矩。（'多速'是指旋轉變壓器的輸出： - 雙速旋轉變速器具有超過180度的循環輸出; 36速旋轉變壓器具有超過10度的循環輸出等）

　　當軸旋轉時，每個旋轉變壓器產生兩個信號，其中一個信號隨正弦波而變化，另一個信號隨餘弦信號而變化。為簡單起見，下面的圖2僅顯示了解調的正弦信號。

　　圖片來源上海祺購工業科技

　　當施加零扭矩時，來自兩個旋轉變壓器的信號顯示零相移。當施加扭矩時，一個輸出的相位似乎相對於另一個輸出。因此，相移與施加的扭矩成正比。使用具有大量循環的多速旋轉變壓器（例如128），僅需要少量扭曲來產生顯著的相移。換句話說，它是一種高度敏感的技術，適用於測量<1度甚至<0.1度的扭曲。

　　這意味著軸不需要很長，實際上，這種方法所需的軸長度可以<25mm。可以通過使用有意的柔性軸或通過同心地布置旋轉變壓器來實現 - 一個在另一個內部 - 並且使用（非常）剛性的扭轉彈簧連接軸的內部和外部部分。

　　與應變計不同，旋轉變壓器具有強大，可靠和準確的特點 - 這就是為什麼角度傳感器測量扭矩被選中用於航空航天，軍事，石油和天然氣設備的所有艱巨工作。由於它們是非接觸式設備，因此無需任何滑環或射頻信號傳輸。

　　那麼，為什麼這種技術不合時宜呢？優利威工程師認為，很重要的一個原因是旋轉變壓器已經過時了。薄餅或平板旋轉變壓器（平面中間有一個大孔）是測量扭矩的理想形狀，但它們的價格非常昂貴。除此之外，指定旋轉變壓器的驅動器和處理電子設備可能會非常棘手。由於現代工程師大多熟悉數字電子設備，他們可能不願意掌握模擬電子設備並測量交流信號的相移。

　　英格索蘭傳感器工具---上海祺購工業科技提供

　　如今，旋轉變壓器越來越多地被更現代的替代品所取代 - 感應編碼器或「編碼器」。Incoders使用與旋轉變壓器相同的感應原理工作，但使用印刷電路而不是龐大且昂貴的繞線變壓器結構。這對於較小化粘合劑的體積，重量和成本同時較大化測量性能非常重要。

　　Incoders還提供簡單易用的電氣接口： - 直流電源輸入和串行數據輸出。由於滅火器基於與旋轉變壓器相同的基本物理特性，因此它們具有相同的操作優勢 - 在惡劣環境中實現高精度，可靠的測量。更重要的是，它們是角度測量的完美外形 - 中間有一個大洞。這允許軸穿過粘合器定子的中間，轉子直接連接到旋轉軸，這就像旋轉變壓器一樣減少了對滑環的需求。

　　沒有必要指定和提供單獨的電子設備，因為所有相鄰的電子設備已經在其定子內。有利的是，每轉可提供高達4百萬計數的壓縮機，因此只有微小的角度扭曲足以提供高解析度的扭矩測量。

　　與使用應變儀布置可以實現的相比，編碼器的熱係數較小，並且通過使用相同的時鐘信號來觸發兩個編碼器中的讀數，可以減少來自具有高角速度的軸的任何動態失真效應。

　　與starin測量儀技術不同，不存在因過度或衝擊施加的扭矩而損壞設備的危險，此外，該技術提供兩種測量 - 角度和扭矩，低於使用應變儀測量扭矩的成本。

　　角度傳感器測量扭矩是一種過時的老技術，可能是因為解析器已經過時了。但現代感應編碼器正在使用感應物理學進行角度測量，並使用它，使這種有用，穩健且有效的扭矩+角度傳感方法重新煥發活力。