磁电式扭矩传感器如何测量_扭矩传感器计量标准器具

　　在弹性轴的两端，安装有两个相同的齿轮，在齿轮上方分别安装有两个相同的、绕在磁钢上的信号线圈。弹性轴两端分别与动力轴和被测轴固定。弹性轴转动时，由于磁钢与齿轮的齿和齿间气隙的磁导率的交替变化，在两个信号线圈中分别感应出两个交变电势e1和e2，此两电动势有一恒定的初始相位差。当弹性轴受到扭矩T作用时，产生扭转变形，两齿轮将有相对扭转角，导致两电动势的相位差发生变化，测出相位差的变化，即可求得扭矩T，而且根据其电动势的频率还可同时测出转速值。因为两电动势的信号较弱，所以要先进行信号放大，然后送入相位差检测器中检测其相位差。

　　扭矩的测量有相位差式和电阻应变式等。这里只简单介绍相位差式扭矩测量中的磁电式扭矩传感器的工作原理和测量电路。

　　磁电式扭矩传感器如何测量

　　磁电式扭矩传感器的测量原理图如下图所示。

　　扭矩传感器自出现，在短短时间内已经应用于各个行业中，成为传感器家族中不可或缺的一个品种。

　　相位差测量电路

　　上图是相位差检测器原理图，图中Al、A2是两个过零比较器，R1、R2起限流作用，其参数选择视输入ui1与ui2的大小而定。设ui1超前ui2，当此二信号经两对反并联的二极管限幅后，进入比较器Al和A2，再经异或门后便得出脉冲宽度等于两个电压相位差的信号。

　　这里两对反并联的二极管的限幅作用是必要的。因为对于选择好的参数R1、R2和二极管，只要保证R1、R2和二极管能承受ui1和ui2的波动，D和E两点的电位永远不会超过0.7V，从而保证了Al和A2不致因电压过高而损坏。

　　向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生４００Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±５V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.５v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平，既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。

　　在整个扭矩检定系统中，据矩标准器可分为两类。第一类为产生（或复现）扭矩值的固定式标准器。第二类为传递扭矩值的各种便携式标准器。后者按其测量原理可分为百分表式、应变式、光学式、磁电式、电容式、钢弦式、机械式、磁弹式、光弹式扭矩仪等。　　一、 计量基准器具

　　1、扭矩值国家基准。根据我国目前情况，它们由1kN·m和5kN·m两台静重式扭矩基准机且成。

　　静重式扭矩基准机是以砝码产生的重力作为标准负荷，通过准确测量其力臂的杠杆机构将力矩按预定顺序自动地加到被检扭矩仪上。这种扭矩机的计量学性能主要取决于力值的不确定度，力臂的不确定度等。前者又取决于砝码质量的不确定度，安装地点的重力加速度的测量不确定度，砝码和空气密度的测量不确定度以及砝码的加卸方式、机械结构和质量稳定度等。后者与力臂杠杆的构造、刀刃和刀承的构造以及加工安装质量等密切相关。此外，还与力臂杠杆的水平控制程度有关。

　　基准机 扭矩总不确定度（%） 扭矩值范围：（N·m） 最小扭矩；（N·m） 力臂名义值；（m） 小砝码 大砝码

　　单个名义质量&TImes;数量 单个名义质量&TImes;数量：1kN·m 0.01 10-1090 10 0.4 左侧 &TImes;9 左侧 &TImes;10；右侧 2.5kg×9 右侧 25kg×10；5kN·m 0.01 50-5450 50 1.0 左侧 ×9 左侧 ×10，右侧 5kg×9 右侧 50kg×10

　　备注：

　　1、总不确定度的置信系数为3；

　　2、左、右两侧砝码分别产生正、反两个方面扭矩。

　    扭矩传感器计量标准器具

1、标准扭矩仪，作为传递基（标）准扭矩值的扭矩仪有两个主要技术指标，其一是重复性R，其二是稳定度Sb。根据目前标准扭矩值的准确度水平，作为基准扭矩值与标准扭矩值之间的传递和比对工作的标准扭矩