用角度传感器测量扭矩

测量连续旋转轴的扭矩是困难的，有几种方法可以做到这一点。最常见的解决方案是从转动轴所需的功率量来推断扭矩。这通常意味着测量提供给驱动运动的电机的电流。它简单、优雅，但不准确，因为电流消耗取决于其他因素，如速度、电压供应、轴承状况和温度。

用应变片测量扭矩

更精确的解决方案是使用应变计或表面声波(SAW)设备测量轴的捻度。虽然这是准确的，但它确实需要一个滑环或一些无线方法在轴上的应变片和外部世界之间传递信号。

重要的是要了解应变片理论和应变片实践之间有很大的区别。应变计往往有很大的温度系数，而且在恶劣的条件下容易脱落。在实验室中使用应变计或SAW设备测量扭矩通常很好，但对于许多工业应用来说，这是不现实的。

还有另一种解决方案，在20世纪50年代首次用于测量发动机的扭矩，但许多人已经忘记了。该技术通过测量安装在轴上的两个“多速”解析器之间的相移来测量轴上的捻度，从而测量扭矩。当轴旋转时，每个分解器产生两个信号，其中一个作为正弦波变化，另一个作为余弦波变化。图1显示了解调后的正弦信号。

当施加零转矩时，来自两个解析器的信号显示为零相移。当施加转矩时，一个输出的相位似乎相对于另一个发生位移。相移与施加的扭矩成正比。使用具有高周期数的多速解析器需要少量的扭转来产生显着的相移。

这使得它成为一种非常敏感的技术，适用于测量<1°甚至<0.1°的扭曲。轴不需要很长，这种方法所需的轴长度可以小于25mm。这可以通过故意使用灵活的轴来实现，也可以通过同心排列分解器(一个在另一个内部)并使用刚性扭转弹簧连接轴的内部和外部部分来实现。

解析器是一种坚固、可靠、准确的非接触式器件。不需要滑环或射频信号传输。这种技术过时的一个原因是解析器也过时了。煎饼式或平板式(中间有一个大洞的平面)是测量扭矩的理想形状，但它们价格昂贵。指定解析器的驱动器和处理电子设备也很棘手。由于今天的工程师大多熟悉数字电子学，他们可能也不愿意掌握模拟电子学和测量交流信号的相移。

新一代传感器和解析器

如今，解析器越来越多地被更现代的解决方案所取代——电感式编码器或“内编码器”。编码器使用与解析器相同的感应原理工作，但它们使用印刷电路而不是线绕变压器结构。这对于最小化编码器的体积、重量和成本，同时最大化其测量性能非常重要。编码器还提供了一个简单易用的电气接口-直流电源输入和串行数据输出。

由于编码器基于与解析器相同的基本物理原理，因此它们提供了相同的操作优势。它们也是测量角度的完美外形——中间有一个大洞。这使得轴可以穿过编码器定子的中间，转子直接连接到旋转轴上。这消除了对滑环的需求，就像解决器一样。图2演示了用电感式编码器测量扭矩和绝对角度。

因为所有的编码器的电子设备已经在定子内，所以没有必要指定和来源单独的电子设备。编码器每转可达400万次计数，因此微小的角扭足以提供高分辨率扭矩测量。

与应变计装置相比，编码器的热系数很小。使用相同的时钟信号来触发两个编码器中的读数，可以消除高角速度轴的任何动态失真效果。

施加过大的扭矩或冲击不会有损坏设备的危险。该技术还提供了两种测量方法——角度和扭矩，其成本低于用应变计测量扭矩的成本。用角度传感器测量扭矩可能是一种古老的技术，但现代电感编码器的加入有助于重新使用感应物理进行角度测量和这种有效的扭矩和角度传感方法。

Darran Kreit博士是泽特莱克斯英国公司的技术经理。本文最初发表于2017年12月12日欧洲控制工程的网站。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

更多的创新

www.globalelove.com关键词:角度传感器;测量

• 最常见的测量扭矩的方法是从转动轴所需的功率量来推断扭矩。
• 一种技术在20世纪50年代，通过测量安装在轴上的两个“多速”解析器之间的相移来测量轴上的捻度，从而测量扭矩。
• 现代解析器使用角度测量，这也是测量扭矩的理想选择，因为它具有形状因素。

上网

在网上阅读这个故事www.globalelove.com有关用角度传感器测量扭矩的更多信息和链接到欧洲控制工程的故事。

考虑一下这个

还有什么方法可以用来测量扭矩?

原创内容可在www.controlengeurope.com．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。