扭矩傳感器原理

扭矩傳感器按以下順序檢測(cè)扭矩：

1. 扭轉(zhuǎn)力（扭矩）施加于軸上。

2. 扭矩導(dǎo)致軸的扭曲和變形。

3. 測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)和變形。

4. 根據(jù)測(cè)量值計(jì)算出施加到軸上的扭矩。

軸的扭轉(zhuǎn)和應(yīng)變被處理并以電信號(hào)的形式輸出。許多扭矩傳感器都配有放大器，可以放大電信號(hào)并將其輸出為易于用 A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)量的值。有些扭矩傳感器配有顯示屏，可以讓你現(xiàn)場(chǎng)直觀地檢查扭矩值。

測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)和應(yīng)變的方法多種多樣，但目前實(shí)際使用的扭矩傳感器中常用的方法有以下四種。

1.應(yīng)變式扭矩傳感器

圖2.應(yīng)變計(jì)扭矩傳感器軸

該方法使用應(yīng)變計(jì)測(cè)量軸上的應(yīng)變。應(yīng)變計(jì)是一種通過(guò)測(cè)量因膨脹和收縮引起的電阻變化而產(chǎn)生的應(yīng)變的傳感器。如圖2所示，當(dāng)對(duì)軸施加扭矩時(shí)，在軸的±45°方向上會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力。利用應(yīng)變計(jì)測(cè)量該應(yīng)力方向的應(yīng)變。

2.電容式扭矩傳感器

該方法通過(guò)測(cè)量電容器電容的變化來(lái)測(cè)量軸向應(yīng)變。在軸上放置兩個(gè)電極，當(dāng)軸發(fā)生扭曲時(shí)，電極的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，從而測(cè)量電容的變化。

與應(yīng)變計(jì)式相比，該方法結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可以縮短軸長(zhǎng)，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)器人扭矩傳感器。

3.磁致伸縮扭矩傳感器

該方法通過(guò)測(cè)量線圈電感的變化來(lái)測(cè)量軸應(yīng)變。當(dāng)扭轉(zhuǎn)力施加到軸上時(shí)，磁導(dǎo)率（磁通通過(guò)的難易程度）會(huì)發(fā)生變化。這一原理被稱為逆磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮扭矩傳感器將線圈放置在軸的外部，并通過(guò)線圈電感的變化來(lái)檢測(cè)軸的磁導(dǎo)率的變化。

磁致伸縮扭矩傳感器可以非接觸式測(cè)量扭矩，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 能夠測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的扭矩，例如電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸

• 由于不需要將傳感器安裝到軸上，因此可以在不損害軸的強(qiáng)度的情況下測(cè)量扭矩。

4.光學(xué)扭矩傳感器

該方法使用光學(xué)傳感器測(cè)量軸向應(yīng)變。如果軸發(fā)生扭曲或變形，發(fā)光部分和受光部分的位置就會(huì)錯(cuò)位，導(dǎo)致接收到的光量產(chǎn)生差異。接收到的光量的差異被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并被檢測(cè)為扭矩。