一文了解扭力傳感器的應用及分類

2020-12-06 必優傳感科技

定義:

扭力傳感器,又稱扭矩傳感器、力矩傳感器、轉矩傳感器、扭矩儀。扭力傳感器是對各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉換成精確的電信號。

工作原理:

通常所說的轉矩是外力矩,如工具機主軸旋轉是動力源提供的外力矩作用的結果,而扭矩是內力矩,主軸工作時,刀具切削力對主軸的反作用使之產生扭轉彈性變形,可用其衡量扭矩的大小。扭矩是使物體發生轉動效應或扭轉變形的力矩,等於力和力臂的乘積。

扭矩是在旋轉動力系統中最頻繁涉及到的參數,為了檢測旋轉扭矩,使用較多的是扭轉角相位差式傳感器。扭轉角相位差式傳感器是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數、形狀及安裝角度完全相同的齒輪,在齒輪的外側各安裝著一隻接近(磁或光)傳感器。當彈性軸旋轉時,這兩組傳感器就可以測量出兩組脈衝波,比較這兩組脈衝波的前後沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。

扭矩測試比較成熟的檢測手段為應變電測技術,它具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優點。 將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上,並組成應變橋,若向應變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號。這就是基本的扭矩傳感器模式。

但是在旋轉動力傳遞系統中,最棘手的問題是旋轉體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何可靠地在旋轉部分與靜止部分之間傳遞,通常的做法是用導電滑環來完成。 由於導電滑環屬於磨擦接觸,因此不可避免地存在著磨損並發熱,因而限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命。並且由於接觸不可靠引起信號波動,從而造成測量誤差大甚至測量不成功。

為了克服導電滑環的缺陷,另一個辦法就是採用無線電遙測的方法 :將扭矩應變信號在旋轉軸上放大並進行V/F轉換成頻率信號,通過載波調製用無線電發射的方法從旋轉軸上發射至軸外,再用無線電接收的方法,就可以得到旋轉軸受扭的信號。 旋轉軸上的能源供應是固定在旋轉軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。

 發展歷程:

扭矩傳感器的發展歷程大致為:光學機械變形類型、電磁感應類型、相位差類型、應變類型。

1856 年湯姆遜發現了在機械應變作用下,金屬絲電阻會發生變化的現象,這奠定了電阻應變片的研製基礎。

1938 年魯奇與西蒙斯製造了紙基式電阻應變片。此後,電阻應變片得到了快速地發展,在工程領域得到了廣泛應用,電阻應變片也是用於扭矩測量的一種較佳選擇。

1982 年日本福岡九州大學 Sasada 等研究人員研製出了新型磁頭扭矩傳感器,利用等離子法在轉軸表面噴覆了一段磁致伸縮層,可以使整個測試裝置做的緊湊。1984 年,Sasada 等人提出了改進方案,為了獲得較寬的動態範圍和較好的線性度,採用了具有特定形狀的磁場各向異性的三角形或平行四邊形磁片。

1986 年 Sasada等人研究了應用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應來檢測扭矩,具體的方式是在一段圓軸表面上粘貼非晶薄帶,其粘貼方向與圓軸線成 45度角,最後基於此方法成功的研製了螺線管式扭矩傳感器

1992 年王榮等人為改善「角度依存性」問題,採用在轉軸的表面粘貼一層特製的軟磁合金薄帶的方法,研製了逆磁致伸縮扭矩傳感器

2005 年重慶工學院遠程測試與控制技術研究所開發了螺杆差動變壓器式的扭矩傳感器,當彈性軸受到扭力時,軸會產生一定的扭矩角度,再通過內部的銜鐵作用以感應電動勢的形式輸出。

2010 年由淮海工學院和江蘇海洋資源開發研究院共同研製了一種非接觸測量方式的磁電型扭矩傳感器

2011 年由淮海工學院的文西芹、李紀明等人研究了一種磁彈性效應的新型扭矩傳感器,其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電助力轉向系統的使用要求。

近年來一些新型扭矩傳感器不斷被開發和研製出來,包括光纖式扭矩傳感器、無線聲表面波式扭矩傳感器、磁敏式扭矩傳感器、雷射都卜勒式扭矩傳感器、雷射衍射式扭矩傳感器等。如美國佛吉尼亞西蒙斯飛行器公司,為了對飛行器的渦輪發動機進行扭矩測試,研發了一種基於光纖技術的光纖式扭矩傳感器

分類:

扭力傳感器分為動態和靜態兩大類,其中動態扭矩傳感器又可叫做轉矩傳感器、轉矩轉速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉扭矩傳感器等。

非接觸式扭矩傳感器

非接觸式扭矩傳感器輸入軸和輸出軸由扭杆連接起來,輸入軸上有花鍵,輸出軸上有鍵槽。當扭杆受方向盤的轉動力矩作用發生扭轉時,輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了。花鍵和鍵槽的相對位移改變量等於扭轉杆的扭轉量,使得花鍵上的磁感強度改變,磁感強度的變化,通過線圈轉化為電壓信號。非接觸扭矩傳感器由於採用的是非接觸的工作方式,因而壽命長、可靠性高,不易受到磨損、有更小的延時、 受軸的偏轉和軸向偏移的影響更小,已經廣泛用於轎車領域。

在非接觸式扭矩傳感器中,常用的主要有應變式、磁電式、光纖式和光電式傳感器。

應變式非接觸傳感器利用了無線傳輸技術。隨著科技的進步和無線傳輸技術的發展,接觸式應變片傳感器輸出信號所用的導電滑環和刷臂已經能夠用無線傳輸模塊替代,從而克服了導電滑環和刷臂間的磨損,提高了測量精度。

磁電式扭矩傳感器是利用磁電轉換的原理,分析兩路輸出的電動勢信號的相位差,從而達到測量扭矩的目的。主要分為閉磁路式傳感器和開磁路式傳感器。

光纖式扭矩傳感器主要是利用光反射原理和相位差原理,將軸上相應的兩處位置反射的光信號讀取後並計算出相位差,由此能算出相應的扭矩值。但是光纖式傳感器易受環境影響,安裝調試也相對較困難。

光電式扭矩傳感器以光電感應元件為核心部件。當傳動軸上加載扭矩時,由光源發出的光的強度會發生相應變化,從而使光電元件的輸出電流發生變化。通過測量該變化值即可計算出扭矩值。

應變片扭矩傳感器

應變片傳感器扭矩測量採用應變電測技術。在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋,當彈性軸受扭矩產生微小變形後引起電橋電阻值變化,應變電橋電阻的變化轉變為電信號的變化從而實現扭矩測量。傳感器就完成如下的信息轉換;傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。

高性能無線型

高性能無線扭矩傳感器將傳感器與無線通信技術結合在一起,實現了數據的無線傳輸。扭矩電信號由單片機控制的信號處理電路進行放大、A/D轉換之後,編碼器將採集到的數字量編碼傳送給發射模塊進行發送。接收模塊接收到數據後,解碼器將譯出的數據傳送給單片機,由LED顯示得到的扭矩數據值。傳感器數據採集發射電路由扭矩傳感器、信號處理部分、單片機和無線發射電路組成。扭矩傳感器將電阻應變片產生的應變電信號傳送到信號處理電路。信號處理部分對傳感器模擬信號提取放大,並進行模/數轉換。微處理器負責控制系統各部分器件的工作,並對數位訊號進行處理。無線發射電路在微處理器的控制下,由編碼器將採集到的信息數據進行相應的編碼和處理,並用發射模塊發射出。實現無線傳輸。

電子式

電子式扭矩儀是一種針對風機、水泵試驗及現場能效評測的可攜式高性能軸功率測量儀器。電子式扭矩儀創造性的摒棄了傳統機電式扭矩傳感器繁瑣、複雜、在很多現場環境下不易實現的安裝過程,實現了風機、水泵電機效率的實時測量,監測風機、水泵電機在使用過程中各環節的運行狀態,對研究風機、水泵電機的使用狀態提供了實時、真實、可靠的數據;避免了因機電式扭矩傳感器安裝不當對試驗結果造成的影響。

電子式扭矩儀能完全取代傳統扭矩傳感器的軸功率測量功能,並且能獲取風機、水泵電機的實時效率,為風機、水泵機組節能提供了嚴謹、科學評測手段。

應用:

扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉速及機械功率的精密測量儀器。應用範圍十分廣泛,主要用於:

1、交(直)流電動機、伺服電機、步進電機;

2、汽車發動機、柴油機、轉向器、車身整體剛性扭轉以及其他部件加工過程的控制和檢測;

3、電(手)動執行器,各種閥門自動開閉控制。

4、石油開採和提煉過程控制和監測、火(水)力發電設備的監測、礦石篩選控制,風力發電設備的監測。

5、各種材料扭矩壽命試驗。

6、鐵路機械設備過程控制等等,具體如下:

(1)、檢測發電機、電動機、內燃機等旋轉動力設備輸出扭矩極功率。

(2)、檢測減速機、風機、泵、攪拌機、卷揚機、螺旋槳,鑽探機械等設備的負載扭矩極輸入功率。

(3)、檢測各種機械加工中心,自動工具機的工作過程中的扭矩。

(4)、各種旋轉動力設備系統所傳遞的扭矩極效率。

(5)、檢測扭矩的同時可以檢測轉速、軸向力。

(6)、可用於製造粘度計,電動(氣動,液力)扭力扳手。

更多傳感器資訊詳情請上必優傳感網進行了解

相關焦點

  • 一文了解半導體靶材應用市場形式
    一文了解半導體靶材應用市場形式 工程師飛燕 發表於 2018-11-13 18:52:01 在當今及以後的半導體製造流程當中,濺射靶材無疑是重中之重的原材料,其質量和純度對半導體產業鏈的後續生產質量起著關鍵性作用
  • 一文了解蒸發器的分類及工作原理
    打開APP 一文了解蒸發器的分類及工作原理 工程師之餘 發表於 2018-11-26 08:59:16 蒸發器是製冷四大件中很重要的一個部件
  • 一文了解微流控技術的生物學應用
    隨著用於微通道中流體的注射、混合、泵送和存儲的新器件和工藝的發展,近年來微流控系統在化學和生物化學中的應用越來越廣泛。儘管微流控技術近年來取得了一定進展,但在樣品引入和處理一定體積範圍的流體方面仍然存在一些挑戰。納米技術的最新發展則有助於提升微流控技術。微系統已經徹底改變了可用於分析複雜樣品的高靈敏度生物分析系統的發展。
  • 一文了解富氫水:富氫水應用研究綜述
    基於此,一開始富氫水製備的技術難題主要是如何保持水中相對較高且穩定的含氫量。國內的納米氣液混合技術採用物理方法使水分子均勻地包裹氫分子,從而使氫氣和水形成某種穩定的狀態,攻克了氫氣在水中難以富集和穩定的難題,所得到的富氫水中氫氣濃度高,穩定性好。
  • 一文深度了解MEMS傳感器的應用場景
    一文深度了解MEMS傳感器的應用場景 傳感器技術 發表於 2016-09-23 14:02:06   MEMS傳感器作為獲取信息的關鍵器件,對各種傳感裝置的微型化起著巨大的推動作用
  • 全面丨一文看懂珍珠棉的特點及分類應用
    隨著時間的推進和產品不斷開發應用,EPE珍珠棉發泡材料將在包裝及填充用料方面得到更廣泛地應用。M.H.C 0.02使用溫度 -C -60 到+80柔軟性 - 好剪切強度 KG/CM 1.8-3表面電阻歐姆普通:無抗靜電:10 的9-11 次方分類
  • 一文看懂SLAM導航技術分類、典型應用及國內發展現狀
    迴環檢測:主要用於空間累積誤差消除其工作流程大致為:傳感器讀取數據後,視覺裡程計估計兩個時刻的相對運動(Ego-motion),後端處理視覺裡程計估計結果的累積誤差,建圖則根據前端與後端得到的運動軌跡來建立地圖,迴環檢測考慮了同一場景不同時刻的圖像,提供了空間上約束來消除累積誤差。
  • 一文了解焊條的字母符號,焊條用途、焊條的分類
    廠裡有手工電弧焊,你了解多少?焊條的字母符號,你都認識嗎? 電焊條由內部鋼芯和外側藥皮兩部分構成。 1. 鋼芯 主要作用導電,並在焊條端部形成具有一定成分的熔敷金屬。要求焊芯儘量減少有害元素的含量,限制S、P,有些焊條要求焊芯控制As(砷)、Sb(銻)、Sn(錫)等元素。
  • 啟升原創丨一文了解FDA關於口罩的分類及特殊要求
    作為醫療器械法規從業者,小編今天不會聊口罩的佩戴,也不會聊口罩的消殺,而是想跟大家聊聊FDA關於口罩的分類和特殊要求。在近段時間,說到常見的口罩類型,我相信大家很自然地就會想到「外科口罩」、「醫用防護口罩」、和「N95口罩」。那麼,這幾種口罩在FDA的分類會不會有所不同呢?如果想了解FDA關於口罩的分類,最直接的方法就是在產品分類資料庫中檢索「Mask」。
  • 萬字乾貨 | 一文助你了解機器學習
    一、關於AI的幾個誤區1. 只有那些科技公司才能應用AI技術?如下圖所示:左一圖屬於欠擬合,因為並沒有將目標數據按照結果標籤很好的完成分類,彼此摻雜在一起;右一就是過擬合,為了把所有數據都分開,出現了一份非常複雜的曲線,因為太複雜,應用於新的數據時往往預測效果不好,當數據量很小時容易出現過擬合。
  • 從基礎知識到實際應用,一文了解「機器學習非凸優化技術」
    本文將帶領讀者簡要了解幾種廣泛使用的非凸優化技術及應用,介紹該領域的豐富文獻,使讀者了解分析非凸問題的簡單步驟所需的基礎知識。更多詳細內容請查看原論文。優化作為一種研究領域在科技中有很多應用。隨著數字計算機的發展和算力的大幅增長,優化對生活的影響也越來越大。今天,小到航班表大到醫療、物理、人工智慧的發展,都依賴優化技術的進步。
  • 電化學類儲能應用最為廣泛,一文了解儲能技術分類及優缺點
    各種儲能的原理機械類儲能機械類儲能的應用形式有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能。抽水蓄能:在電力系統高峰負荷時,將上池水回流到下水池推動水輪發電機發電;在低谷負荷時,將下池的水抽回上池蓄積起來進行儲能。
  • 科普文,一文讓你了解Defi
    此舉一出,Coinbase、幣安、OKEx紛紛跟進上線COMP。之後,DeFi板塊中多個應用的代幣開始進入中心化交易所的視野。那引爆熱潮的Defi到底是什麼呢? 一、Defi 是什麼?
  • 一文囊括活性炭的原理、特性、分類、應用詳解
    同時,活性炭濾層孔隙越大,水中懸浮物越能被更深地輸送至下一層活性炭濾層,在有足夠保護厚度的條件下,懸浮物可以更多地被截留,使中下層濾層更好地發揮截留作用,機組截汙量增加。  從嚴格的理論上講,活性炭所具有的對懸浮物的截留能力來自活性炭所提供的表面積。
  • 一文看懂半導體雷射器的技術發展及應用領域
    一文看懂半導體雷射器的技術發展及應用領域 工程師姚遠香 發表於 2018-06-18 18:15:00 半導體雷射器俗稱雷射二極體,因為其用半導體材料作為工作物質的特性所以被稱為半導體雷射器。
  • 一文了解白炭黑加工與應用
    1、白炭黑特點2、白炭黑分類 3、白炭黑生產工藝工業生產的白炭黑主要有沉澱法白炭黑和氣相法白炭黑兩類。4、白炭黑表面改性白炭黑表面改性是通過一定的方法使化學物質與其表面上的羥基發生反應、接枝或包覆其它化學物質,消除或減少表面矽醇基的數量,使產品由親水性變為疏水性,以達到改變表面性質的目的。
  • 一文了解物聯網:定義、概念到應用
    從物聯網的定義到所應用的技術再到所應用的領域,下面來了解一下。一、什麼是物聯網物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是「The Internet of things」。由此,顧名思義,「物聯網就是物物相連的網際網路」。
  • 一文了解空氣淨化器的結構及原理
    打開APP 一文了解空氣淨化器的結構及原理 工程師之餘 發表於 2018-11-07 09:59:28 為了更好的讓大家了解目前市場上的空氣淨化器,我們先對空氣淨化器的工作原理進行分類。 儘管市場上空氣淨化器的名稱、種類、功能不盡相同。但追根溯源,從空氣淨化器的工作原理來看,主要有三種:被動式淨化類(濾網淨化類)、主動淨化類(無濾網型)和雙重淨化類(主動淨化+被動淨化)。
  • 一文了解覆銅板用矽微粉的分類及特點
    覆銅板行業應用的無機填料有很多種,如滑石、氫氧化鋁、氧化鋁、矽微粉等,覆銅板廠家主要根據覆銅板的性能來選擇相應的填料。隨著矽微粉表面處理條件的改進,改善了它與樹脂體系的相容性,所以矽微粉作為一種填料應用到覆銅板中,不但可降低成本,還能改進覆銅板的某些性能(如熱膨脹係數、彎曲強度、尺寸穩定性等),是真正的功能性填料,因此,市場上產量最大的FR-4覆銅板主要採用矽微粉作為填料。
  • 回歸or分類?線性or邏輯?一文掌握模型的不同之處
    如果目標變量是一個標籤,則應該使用分類模型。分類有助於預測觀察標籤(好中差等標籤除外)。棘手之處在於判斷目標變量是否為標籤。比方說,如果目標變量是一個順序變量,表示1至5之間的不同等級,那麼它們即為標籤,但其同時具有數學意義。這意味著數據的平均值和偏差仍有意義,但若要進行推測,應用分類模型是更為明智的選擇。