扭矩傳感器發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長時間了,扭矩傳感器的性能也越來越好,其實扭矩傳感器大體上可以分為三個階段,分別是測量技術(shù)產(chǎn)生、第一個旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器誕生和現(xiàn)代扭矩傳感器。
扭矩測量技術(shù)的歷史演變,在1678年開始。在這一年,羅伯特·胡克描述著名的胡克定律的材料延伸和相關(guān)材料張力之間的比例關(guān)系。電橋電路,然后由Hunter-科視,其中最小電壓的變化可以測量。然而,切換第二發(fā)明人的名稱的惠斯登電后,實際的名聲屬于亨特科視。
第一臺旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器與感應(yīng)測量系統(tǒng)于1945年在市場上推出它所根據(jù)的原理是如果下方加載的軸的軸向扭矩,扭轉(zhuǎn)一個角度,轉(zhuǎn)矩成比例。這個角度的角度測量系統(tǒng)可以測量。
現(xiàn)代轉(zhuǎn)矩傳感器通常有模擬信號輸出。在這些接口中,由相鄰的功率模塊和驅(qū)動器的干擾是可能的,尤其是在情況下,在過去對于這個長的進料管線和高動態(tài),增加傳感器的信號電平,信號電平為±5V和/或通常±10V。然而,在許多應(yīng)用中的抗干擾能力是不夠的。該解決方案是一種數(shù)字的電子傳感器。現(xiàn)代扭矩傳感器,集成電子位于軸上的區(qū)域,上面的直徑減少,對被施加到的旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)變壓器和旋轉(zhuǎn)的電子附著在軸上。
在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中,經(jīng)常需要測量的一個參數(shù)是旋轉(zhuǎn)扭矩,為了測量旋轉(zhuǎn)扭矩的大小就需要借助于扭矩傳感器。檢測旋轉(zhuǎn)扭矩的大小一般采用檢測扭轉(zhuǎn)角相位差的方式,具體方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪,在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近傳感器。當(dāng)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動的時候,這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波,比較這兩組脈沖波相位差,從而計算出彈性軸所承受的扭矩量。這種方法比較經(jīng)典,它可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞,檢測信號為數(shù)字信號,受外界干擾比較小;但體積較大,不易安裝和維護,低速轉(zhuǎn)動時,測量不是很精確。
現(xiàn)在的扭矩傳感器制作都是將專用的測扭應(yīng)變片粘貼在被測彈性軸上,組成應(yīng)變橋,向應(yīng)變橋供電,就可以測量扭矩的大小。但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中,需要解決的一個問題是如何將旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號輸出可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞,這就需要用到導(dǎo)電滑環(huán)了。導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸,這就造成了自身的磨損,限制了其使用壽命。如果因為其接觸不可靠,也會引起測量的誤差,造出測量值與實際值相距甚遠。為了彌補這方面的缺陷,可以采用無線電遙測的方法。它是將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號,通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外,再用無線電接收的方法,就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號。
扭矩都是通過旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的,如果在上面安裝外界電源的話,布線就有很大困難,所以扭矩傳感器一般采用電池供電的方式。該方法即為遙測扭矩儀。它克服了導(dǎo)電滑環(huán)的很多缺點,但它也有不足之處,比方說電池容量有限,只能短期可以使用,此外,它還受到周圍電磁環(huán)境的干擾,這在測量小量程和小直徑的場合比較突出。最好的方法就是采用數(shù)字扭矩傳感器,它是在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上增加兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實現(xiàn)了能源和信號的非接觸傳遞。它不受轉(zhuǎn)速大小,旋轉(zhuǎn)方向影響,吸取了上面各種方法的優(yōu)點并克服了其缺陷,是現(xiàn)在測量扭矩的通用做法。
以上介紹了扭矩傳感器的發(fā)展歷程和各種類型產(chǎn)品之間的比較,設(shè)計師們經(jīng)過不斷試驗和總結(jié),克服了傳統(tǒng)扭矩測量方法的缺點,繼承了優(yōu)點,使得扭矩的測量更加地精確,受環(huán)境的影響越來越小。 扭矩傳感器技術(shù)還在飛速的發(fā)展,相信隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展,扭矩傳感器的性能也將會進一步提高。其應(yīng)用范圍也會進一步擴大。