測(cè)量扭矩小提示
驅(qū)動(dòng)軸作為旋轉(zhuǎn)力提供動(dòng)力，在大多數(shù)應(yīng)用中需要知道系統(tǒng)的功率大小。但從轉(zhuǎn)軸上獲得測(cè)量值需要一定的聰明才智。
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扭矩是一種轉(zhuǎn)動(dòng)力，由于每一種材料都有一定程度的彈性，所以扭矩也是一種扭轉(zhuǎn)力，使軸在旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變形。這種變形通常很小，但在測(cè)量扭矩時(shí)是非常重要的。
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最常見的測(cè)量轉(zhuǎn)軸扭矩的方法可能是將應(yīng)變計(jì)粘合在軸上。應(yīng)變計(jì)實(shí)際上是封裝在柔性基板中的鋼絲的鋸齒形，用于保護(hù)。當(dāng)軸在扭矩作用下扭動(dòng)時(shí)，鋸齒將被拉伸，這將改變它的電阻。因此，導(dǎo)線的阻力與軸的扭矩成正比。
然而，存在一個(gè)問題，就是連接到應(yīng)變計(jì)的電引線在軸轉(zhuǎn)動(dòng)并最終折斷時(shí)會(huì)纏繞在軸上。幸運(yùn)的是，有解決這一問題的辦法，我們將在稍后討論。
惠特斯通橋
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實(shí)際上，在軸上使用的不是一個(gè)，而是四個(gè)應(yīng)變計(jì)，這是正常的做法。它們都在旋轉(zhuǎn)方向45°，左兩度，右兩度。然后將它們連接到Wheatstone橋的結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生與軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的扭矩成線性比例的電氣輸出。
電路由電源、放大器和顯示器、記錄器或計(jì)算機(jī)完成。這些通常是安裝在某處附近的驅(qū)動(dòng)軸在一個(gè)安全的，靜態(tài)的位置。
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我們現(xiàn)在來(lái)到房間里的大象身上。我們?nèi)绾螌㈦娐返墓潭ú糠诌B接到旋轉(zhuǎn)的惠特斯通橋上？一個(gè)答案是安裝在軸上并以豎直為傲的滑環(huán)，它與靜電刷接觸。
不幸的是，滑環(huán)相當(dāng)精致；在使用時(shí)必須非常小心。此外，它們需要以一定的精度設(shè)置，以便保持恒定的、均勻的接觸。
由于刷子磨損，滑環(huán)需要定期注意，它們并不適合長(zhǎng)期使用，也不適合在惡劣的工作環(huán)境中使用。同樣值得注意的是，固定筆刷和旋轉(zhuǎn)衣領(lǐng)之間的接觸會(huì)產(chǎn)生一定程度的電噪聲，特別是在較高的速度下，會(huì)干擾信號(hào)的傳輸?；瑒?dòng)環(huán)的最后一個(gè)缺點(diǎn)是它們產(chǎn)生了阻力，必須在信號(hào)測(cè)量中加以考慮，并經(jīng)常檢查以確保它的值沒有變化。
旋轉(zhuǎn)變壓器
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滑環(huán)的另一種選擇是旋轉(zhuǎn)變壓器，有時(shí)稱為感應(yīng)回路。它由兩個(gè)相鄰的電線圈組成-一個(gè)是靜態(tài)的，另一個(gè)是與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的-其相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)在換能器中產(chǎn)生一個(gè)電流。
線圈之間沒有物理接觸，軸和換能器之間也沒有接觸，但是它們之間傳遞著功率和信號(hào)。這克服了滑環(huán)系統(tǒng)的許多缺點(diǎn)：設(shè)置更容易，操作更健壯，沒有摩擦，而且可以容納更高的速度操作。
然而，由于其慣性，每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器都會(huì)有一個(gè)最大的運(yùn)行速度。他們是也容易受到噪音和誤差的影響，特別是當(dāng)線圈不對(duì)齊時(shí)。
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扭矩傳感器的下一個(gè)發(fā)展是基于無(wú)線電遙測(cè)的類型。它們?cè)趪?guó)際上無(wú)許可證的2.4GHz頻段上運(yùn)行，并且基于安裝接收器拾音器的概念，以便它能夠與應(yīng)變計(jì)通信。只要保持通訊，皮卡實(shí)際上可以在離駕駛軸幾米遠(yuǎn)的地方。
安裝和維護(hù)是直接的，因?yàn)闆]有滑環(huán)可調(diào)整，線圈對(duì)齊或電纜容納。然而，需要一個(gè)電池來(lái)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，雖然信號(hào)小而持久，但確實(shí)需要考慮。
表面聲波
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也許，扭矩傳感器的最終類型是基于瑞利波或表面聲波(SAWS)的檢測(cè)。這些都是非接觸式的，使用壓電應(yīng)變計(jì).在聲表面波傳感器中，表面波是通過兩個(gè)交錯(cuò)梳狀陣列端子上的交變電壓而產(chǎn)生的，它們分布在壓電基板的一端。換能器另一端的接收陣列將該波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
波頻率與陣列中齒間距有關(guān)，波傳播方向與齒向成直角。因此，由于軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力作用，其長(zhǎng)度的任何變化都會(huì)改變齒間距，從而改變工作頻率。為了測(cè)量轉(zhuǎn)軸中的扭矩，兩個(gè)SAW傳感器在與旋轉(zhuǎn)軸45°處粘合在軸上。當(dāng)軸受到扭矩作用時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)通過RF耦合傳送到相鄰的固定拾取器。
有趣的是，19世紀(jì)科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者瑞利勛爵在調(diào)查地震的原因和影響時(shí)，第一次發(fā)現(xiàn)了鋸子。
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扭矩傳感器的選型將考慮許多因素，包括：工作環(huán)境、預(yù)期工作時(shí)間、驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速、機(jī)械連接方案和成本。沒有全面的“最佳”，而是每種情況下的最佳選擇。
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如果要獲得真實(shí)讀數(shù)，定位扭矩傳感器可能是一個(gè)復(fù)雜的決定。由于傳動(dòng)系統(tǒng)中相鄰元件的影響、傳動(dòng)軸自身端聯(lián)軸的阻尼效應(yīng)以及接觸式傳感器引起的阻力，不精確現(xiàn)象可能會(huì)出現(xiàn)。
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最后一條建議是，專家?guī)椭ǔＪ峭ㄟ^公司提供您的扭矩傳感器。利用這項(xiàng)服務(wù)可能會(huì)節(jié)省時(shí)間、金錢和挫折感。
