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扭矩传感器发展趋势及应变片扭矩传感器在传感器行业的地位分析

日期: 2017-09-25
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应变片传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥,当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化,应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。传感器就完成如下的信息转换;传感器由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。

随着我国经济实力和技术水平的大幅提升,扭矩传感器在民用和国防领域,一方面对汽车、船舶、飞机、钻井等设备的需求量大幅增加,另一方面对这些设备的需求层次(包括速度、吨位、动力特性、安全性等)也发生了很大变化,这对扭矩测量也同样提出了更多更高的要求,而研制高准确度的扭矩传感器是搞高扭矩测量精度的关键技术之一。

伴随着现代科学技术的迅猛发展,扭矩测量技术已经成为测试技术的新分支,扭矩测量的应用领域越来越广泛,大到飞机、船舶、钻井、发电设备和冶金矿山设备等,小到微电机、家用电器和钟表游丝,扭矩测量是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工监控和故障诊断等必不可少的内容。准确的扭矩测量对缩短现代船舶装备的研制同期、提高武器的性能、降低使用与保障费用具有重要作用。扭矩测量技术是综合应用机械、电子、物理、计算机等多方面知识的一门学样,实现扭矩测量需要解决传感器、能量供给和信号传输三方面的问题,其中传感器的准确度是关键技术问题之一,目前,国内外研制和开发的扭矩传感器种类很多,按照扭矩传感器弹性元件和变形几何参数、物理参数和静力学关系,扭矩传感器主要有应变型、磁弹性型、转角型三种。

应变式扭矩传感器是目前国内外使用最多的一种扭矩传感器,它采用在旋转轴表面贴应变片的传统方法,利用适当的电路取得信号,然后进行分析处理,测量精度可达0.1%FS,量程范围可覆盖所有需求,广泛使用在静态和旋转系统的扭矩测量上,磁弹性扭矩传感器是利用弹性截面上的剪应力,与扭矩成正比的关系,根据磁性材料在机械应力作用下,其导磁性能发生对应变化的原理设计,这类传感器是非接触式的,安装使用方便,且不需要占用较大的空间,但这类传感器最终测得的是磁致伸缩材料应力,如何妥善地转化为轴本身应力或扭矩值得进一步研究的问题。

转角型扭矩传感器是利用弹性体产生的变形角,及剪应变角设计的,它实际所测的是角位移,也就是总变形,常要求被测轴要对长而细,因此主要用于长轴的扭扭测量。

应变式扭矩传感器因成本低廉,操作简便,是目前国内外使用最多的一种扭矩传感器,首次出金属电阻比粘贴式传感器起,至今发展到了采用电阻式应变片,将电阻应变生粘贴在被测对象弹性体表面指定位置,由于弹性体受力产生应变,致使电阻应变的电阻发生变化,通过电桥和测量电路,把应变转换成电量信号,从而测出扭矩值。

扭矩传感器的发展来看,扭矩传感器在传感器行业里有着很强大的发展趋势:由静态测试向动态在线检测方向发展;测试系统向微型化数字化、智能化、虚拟化和网络化方向发展; 向着小型化、集成化方向发展。传感器的检测部分可以通过结构的合理设计和优化来实现小型化,IC部分可以整合尽可能多的半导体部件、电阻到一个单独的IC部件上,减少外部部件的数量;从单功能向多功能发展,包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆。

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