在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了首次使用角度傳感器來測量扭矩的技術(shù)，角度傳感器來測量扭矩具有許多優(yōu)點(diǎn)，隨著感應(yīng)角度傳感器的新發(fā)展，被認(rèn)為已經(jīng)過時(shí)了的這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在正在卷土重來。
測量施加在固定金屬軸上的扭矩通常很簡單。如果未超過軸的彈性極限，則軸中的扭曲量與扭矩成比例。測量扭曲程度; 查看軸材料的楊氏模量; 應(yīng)用工程師手冊中的數(shù)學(xué)公式， 你有一個(gè)非常好的扭矩測量。
在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的軸中測量扭矩是比較棘手的問題，現(xiàn)在有幾種方法可以做到，但常見的方法是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸所需的功率來推斷扭矩，這通常意味著測量提供給驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的電流。這種測量方式較為簡單，但不準(zhǔn)確，因?yàn)殡娏飨娜Q于其他因素，如速度，電壓供應(yīng)，軸承狀況，溫度等。
用應(yīng)變計(jì)測量扭矩
更準(zhǔn)確的方法是使用應(yīng)變儀或表面聲波（SAW）裝置測量軸中的扭曲。這種測量方式準(zhǔn)確率大幅度提高，但是在軸和外界的應(yīng)變儀之間需要滑環(huán)或一些無線信號(hào)傳輸方法的復(fù)雜性。任何曾經(jīng)不得不在憤怒中使用應(yīng)變計(jì)的工程師都會(huì)告訴你 - 應(yīng)變計(jì)理論和應(yīng)變計(jì)實(shí)踐之間存在很大差異。應(yīng)變計(jì)往往具有較大的溫度系數(shù)和在惡劣條件下不穩(wěn)定的惡劣習(xí)慣。在實(shí)驗(yàn)室中使用應(yīng)變儀或SAW設(shè)備測量扭矩通常很好，但對于許多工業(yè)應(yīng)用來說并不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的主張。
角度傳感器測量扭矩
除了上面兩種測量方式外，還有另一種方式。這種測量方式在很久前就已經(jīng)出現(xiàn)過，根本不是新的，但似乎已經(jīng)被工程師們給遺忘了。在20世紀(jì)50年代首次用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩 - 顯著的是用于Hercules / C-130貨機(jī)的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。
該技術(shù)通過測量安裝在軸上的兩個(gè)“多速”旋轉(zhuǎn)變壓器之間的相移來測量軸的扭曲和扭矩。（'多速'是指旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出： - 雙速旋轉(zhuǎn)變速器具有超過180度的循環(huán)輸出; 36速旋轉(zhuǎn)變壓器具有超過10度的循環(huán)輸出等）
當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)，其中一個(gè)信號(hào)隨正弦波而變化，另一個(gè)信號(hào)隨余弦信號(hào)而變化。為簡單起見，下面的圖2僅顯示了解調(diào)的正弦信號(hào)。
圖1 - 使用多速旋轉(zhuǎn)變壓器測量扭矩，圖片來源北京優(yōu)利威
當(dāng)施加零扭矩時(shí)，來自兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)顯示零相移。當(dāng)施加扭矩時(shí)，一個(gè)輸出的相位似乎相對于另一個(gè)輸出。因此，相移與施加的扭矩成正比。使用具有大量循環(huán)的多速旋轉(zhuǎn)變壓器（例如128），僅需要少量扭曲來產(chǎn)生顯著的相移。換句話說，它是一種高度敏感的技術(shù)，適用于測量<1度甚至<0.1度的扭曲。
這意味著軸不需要很長，實(shí)際上，這種方法所需的軸長度可以<25mm。可以通過使用有意的柔性軸或通過同心地布置旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn) - 一個(gè)在另一個(gè)內(nèi)部 - 并且使用（非常）剛性的扭轉(zhuǎn)彈簧連接軸的內(nèi)部和外部部分。
與應(yīng)變計(jì)不同，旋轉(zhuǎn)變壓器具有強(qiáng)大，可靠和準(zhǔn)確的特點(diǎn) - 這就是為什么角度傳感器測量扭矩被選中用于航空航天，軍事，石油和天然氣設(shè)備的所有艱巨工作。由于它們是非接觸式設(shè)備，因此無需任何滑環(huán)或射頻信號(hào)傳輸。
那么，為什么這種技術(shù)不合時(shí)宜呢？優(yōu)利威工程師認(rèn)為，很重要的一個(gè)原因是旋轉(zhuǎn)變壓器已經(jīng)過時(shí)了。薄餅或平板旋轉(zhuǎn)變壓器（平面中間有一個(gè)大孔）是測量扭矩的理想形狀，但它們的價(jià)格非常昂貴。除此之外，指定旋轉(zhuǎn)變壓器的驅(qū)動(dòng)器和處理電子設(shè)備可能會(huì)非常棘手。由于現(xiàn)代工程師大多熟悉數(shù)字電子設(shè)備，他們可能不愿意掌握模擬電子設(shè)備并測量交流信號(hào)的相移。
新一代電感式傳感器
如今，旋轉(zhuǎn)變壓器越來越多地被更現(xiàn)代的替代品所取代 - 感應(yīng)編碼器或“編碼器”。Incoders使用與旋轉(zhuǎn)變壓器相同的感應(yīng)原理工作，但使用印刷電路而不是龐大且昂貴的繞線變壓器結(jié)構(gòu)。這對于較小化粘合劑的體積，重量和成本同時(shí)較大化測量性能非常重要。
Incoders還提供簡單易用的電氣接口： - 直流電源輸入和串行數(shù)據(jù)輸出。由于滅火器基于與旋轉(zhuǎn)變壓器相同的基本物理特性，因此它們具有相同的操作優(yōu)勢 - 在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度，可靠的測量。更重要的是，它們是角度測量的＊＊外形 - 中間有一個(gè)大洞。這允許軸穿過粘合器定子的中間，轉(zhuǎn)子直接連接到旋轉(zhuǎn)軸，這就像旋轉(zhuǎn)變壓器一樣減少了對滑環(huán)的需求。
沒有必要指定和提供單獨(dú)的電子設(shè)備，因?yàn)樗邢噜彽碾娮釉O(shè)備已經(jīng)在其定子內(nèi)。有利的是，每轉(zhuǎn)可提供高達(dá)4百萬計(jì)數(shù)的壓縮機(jī)，因此只有微小的角度扭曲足以提供高分辨率的扭矩測量。
與使用應(yīng)變儀布置可以實(shí)現(xiàn)的相比，編碼器的熱系數(shù)較小，并且通過使用相同的時(shí)鐘信號(hào)來觸發(fā)兩個(gè)編碼器中的讀數(shù)，可以減少來自具有高角速度的軸的任何動(dòng)態(tài)失真效應(yīng)。
與starin測量儀技術(shù)不同，不存在因過度或沖擊施加的扭矩而損壞設(shè)備的危險(xiǎn)，此外，該技術(shù)提供兩種測量 - 角度和扭矩，低于使用應(yīng)變儀測量扭矩的成本。
角度傳感器測量扭矩是一種過時(shí)的老技術(shù)，可能是因?yàn)榻馕銎饕呀?jīng)過時(shí)了。但現(xiàn)代感應(yīng)編碼器正在使用感應(yīng)物理學(xué)進(jìn)行角度測量，并使用它，使這種有用，穩(wěn)健且有效的扭矩+角度傳感方法重新煥發(fā)活力。
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