扭矩傳感器的測(cè)力過(guò)程因不同分類各有不同，以下是詳細(xì)的扭矩傳感器測(cè)力過(guò)程說(shuō)明：
應(yīng)變片式扭矩傳感器
應(yīng)變片式扭矩傳感器在眾多扭矩測(cè)量場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用，是一種經(jīng)典且成熟的測(cè)量方案。其核心組件為粘貼在彈性軸表面的應(yīng)變片，這是實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量的關(guān)鍵元件。彈性軸作為扭矩的直接承受部件，選用具有良好彈性和機(jī)械性能的材料制成，如優(yōu)質(zhì)合金鋼。當(dāng)彈性軸受到外部扭矩作用時(shí)，依據(jù)材料力學(xué)的胡克定律，在彈性限度范圍內(nèi)，軸的表面會(huì)產(chǎn)生與所受扭矩大小成比例的應(yīng)變。這種應(yīng)變表現(xiàn)為軸表面的微小拉伸或壓縮變形。
應(yīng)變片的工作原理基于金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體在發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值會(huì)相應(yīng)改變，且電阻變化率與應(yīng)變量呈正比關(guān)系。應(yīng)變片通常由敏感柵、基底、引線等部分組成，敏感柵多采用金屬箔或金屬絲制成，其電阻值會(huì)隨著彈性軸的形變而精確變化。這些應(yīng)變片以特定方式組成惠斯通電橋電路，惠斯通電橋由四個(gè)電阻臂構(gòu)成，在初始無(wú)應(yīng)變狀態(tài)下，電橋的四個(gè)電阻臂阻值相等，電橋達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)電橋輸出電壓為零。當(dāng)彈性軸因受扭矩發(fā)生形變，導(dǎo)致粘貼在其表面的應(yīng)變片電阻值改變，電橋的平衡被打破。根據(jù)電橋的輸出特性，此時(shí)電橋會(huì)輸出一個(gè)與應(yīng)變量、進(jìn)而與扭矩大小成比例的電壓信號(hào)。后續(xù)通過(guò)高精度的電壓測(cè)量?jī)x器采集該電壓值，并將其輸入至預(yù)先設(shè)定好算法的微處理器中，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和轉(zhuǎn)換，就能精準(zhǔn)得到實(shí)際作用在彈性軸上的扭矩?cái)?shù)值。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測(cè)試這一典型應(yīng)用場(chǎng)景中，應(yīng)變片式扭矩傳感器被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸附近，能夠?qū)崟r(shí)、精確地監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的動(dòng)態(tài)變化，這些數(shù)據(jù)被傳輸至車輛的電子控制系統(tǒng)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、點(diǎn)火時(shí)機(jī)等關(guān)鍵控制參數(shù)的優(yōu)化提供重要依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。
磁電式扭矩傳感器
磁電式扭矩傳感器借助磁學(xué)領(lǐng)域的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩的測(cè)量，其結(jié)構(gòu)主要包含磁鋼、感應(yīng)線圈等關(guān)鍵部件。磁鋼作為磁場(chǎng)的產(chǎn)生源，通常采用高磁能積的永磁材料，如釹鐵硼永磁體，以確保能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且較強(qiáng)的磁場(chǎng)。感應(yīng)線圈則用于檢測(cè)磁場(chǎng)變化所產(chǎn)生的電信號(hào)。當(dāng)彈性軸受到扭矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)引起磁路結(jié)構(gòu)的微小變化，進(jìn)而導(dǎo)致磁路中的磁導(dǎo)率發(fā)生改變。以磁阻效應(yīng)為例，在部分磁電式傳感器中，采用了磁阻元件，如巨磁阻（GMR）或各向異性磁阻（AMR）元件。這些磁阻元件對(duì)磁場(chǎng)變化極為敏感，當(dāng)磁導(dǎo)率改變時(shí)，磁阻元件所處磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，其電阻值也會(huì)隨之改變。這種電阻值的變化會(huì)影響到感應(yīng)線圈中的電流分布，進(jìn)而改變感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)精密的信號(hào)檢測(cè)電路，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量感應(yīng)線圈輸出電動(dòng)勢(shì)的變化情況。依據(jù)電磁學(xué)原理和預(yù)先建立的扭矩與電動(dòng)勢(shì)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，就可以推算出彈性軸所受扭矩的大小。在工業(yè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，磁電式扭矩傳感器發(fā)揮著重要作用。例如在電機(jī)與減速機(jī)之間的連接軸上安裝此類傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)輸出扭矩以及減速機(jī)輸入輸出扭矩的變化。通過(guò)對(duì)這些扭矩?cái)?shù)據(jù)的分析，可有效判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備始終運(yùn)行在正常負(fù)載范圍內(nèi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)因扭矩異常升高或波動(dòng)引發(fā)的潛在故障，如齒輪磨損、軸承損壞等，為工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性提供有力保障。
相位差式扭矩傳感器
相位差式扭矩傳感器的工作原理基于扭轉(zhuǎn)波在軸中的傳播特性。在軸的兩端對(duì)稱安裝有兩組信號(hào)發(fā)生器，這兩組信號(hào)發(fā)生器通常采用光電式、電磁式等方式，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生周期性的信號(hào)。在軸未承受扭矩的初始狀態(tài)下，由于軸未發(fā)生扭轉(zhuǎn)，兩組信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)在時(shí)間上是同步的，即它們的相位相同。然而，一旦軸受到外部扭矩作用，軸會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變，這種扭轉(zhuǎn)會(huì)使得軸兩端的信號(hào)發(fā)生器之間產(chǎn)生相對(duì)位移。從信號(hào)傳播的角度來(lái)看，相當(dāng)于在信號(hào)傳輸路徑上引入了一個(gè)延遲，導(dǎo)致兩端信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)出現(xiàn)相位差。該相位差的大小并非只與扭矩相關(guān)，還和軸的長(zhǎng)度、材料的剪切模量等因素密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用前，需要通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)和校準(zhǔn)流程，確定該傳感器在不同工況下扭矩與相位差之間的定量關(guān)系，并將這些校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在傳感器的控制系統(tǒng)中。在實(shí)時(shí)測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)高精度的相位測(cè)量?jī)x器精確測(cè)量?jī)山M信號(hào)之間的相位差，然后將測(cè)量得到的相位差數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的校準(zhǔn)參數(shù)一同輸入至專門的計(jì)算單元，運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，最終能夠準(zhǔn)確得出軸所承受的扭矩值。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，相位差式扭矩傳感器發(fā)揮著不可或缺的作用。風(fēng)輪主軸作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)中將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵部件，其承受的扭矩大小和變化情況直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和發(fā)電效率。通過(guò)在風(fēng)輪主軸兩端安裝相位差式扭矩傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)主軸扭矩的動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)扭矩出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)可及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的葉片角度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，保障風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)速和工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地提高發(fā)電效率，同時(shí)避免因扭矩過(guò)載對(duì)風(fēng)機(jī)造成損壞。
