在驅(qū)動(dòng)源和負(fù)載之間的扭轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)安裝有齒形圓盤．它們旁邊裝有相應(yīng)的兩個(gè)磁電傳感器．磁電傳感器的結(jié)構(gòu)見圖所示．傳感器的檢測(cè)元件部分由yong久磁鐵、感應(yīng)線圈和鐵芯組成．yong久磁鐵產(chǎn)生的磁力線與齒形圓盤交接．當(dāng)齒形圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓盤齒凸凹引起磁路氣隙的變化，于是磁通量也發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出交流電壓，其頻率在數(shù)值上等于圓盤上齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)的乘積．

當(dāng)扭矩作用在扭轉(zhuǎn)軸上時(shí)，兩個(gè)磁電傳感器輸出的感應(yīng)電壓U1和U2存在相位差．這個(gè)相位差與扭轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角成正比．這樣，傳感器就可以把扭矩引起的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號(hào)．

扭矩傳感器工作原理圖解

傳感器測(cè)量原理

將專用的測(cè)扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測(cè)彈性軸上并組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。本系統(tǒng)的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的，因此實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。（虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分）

傳感器原理結(jié)構(gòu)

在特制的彈性軸上粘貼上專用的測(cè)扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：（1）能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，（2）信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈，（3）軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號(hào)輸出電路，在傳感器的外殼上固定。

工作過程

向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生４００Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±５V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.５v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)-靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。本傳感器輸出的頻率信號(hào)在零點(diǎn)時(shí)為10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為5KHz。即滿量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測(cè)量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個(gè)脈沖，高速或中速采樣時(shí)可以用測(cè)頻的方法，低速采樣時(shí)可以用測(cè)周期的方法。本傳感器精度可達(dá)±0.2%～±0.5%（F？S）。由于傳感器輸出為頻率信號(hào)，所以無(wú)需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

磁電式扭矩傳感器的測(cè)量原理圖解

扭矩的測(cè)量有相位差式和電阻應(yīng)變式等。這里只簡(jiǎn)單介紹相位差式扭矩測(cè)量中的磁電式扭矩的工作原理和測(cè)量電路。磁電式扭矩傳感器的測(cè)量原理圖如下圖所示。

工作原理

在彈性軸的兩端，安裝有兩個(gè)相同的齒輪，在齒輪上方分別安裝有兩個(gè)相同的、繞在磁鋼上的信號(hào)線圈。彈性軸兩端分別與動(dòng)力軸和被測(cè)軸固定。彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁鋼與齒輪的齒和齒間氣隙的磁導(dǎo)率的交替變化，在兩個(gè)信號(hào)線圈中分別感應(yīng)出兩個(gè)交變電勢(shì)，此兩電動(dòng)勢(shì)有一恒定的初始相位差。當(dāng)彈性軸受到扭矩作用時(shí)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩齒輪將有相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致兩電動(dòng)勢(shì)的相位差發(fā)生變化，測(cè)出相位差的變化，即可求得扭矩，而且根據(jù)其電動(dòng)勢(shì)的頻率還可同時(shí)測(cè)出轉(zhuǎn)速值。因?yàn)閮呻妱?dòng)勢(shì)的信號(hào)較弱，所以要先進(jìn)行信號(hào)放大，然后送入相位差檢測(cè)器中檢測(cè)其相位差。

相位差測(cè)量電路

上圖是相位差檢測(cè)器原理圖，圖中是兩個(gè)過零比較器，起限流作用，其參數(shù)選擇視輸入的大小而定。設(shè)超前，當(dāng)此二信號(hào)經(jīng)兩對(duì)反并聯(lián)的二極管限幅后，進(jìn)入比較器，再經(jīng)異或門后便得出脈沖寬度等于兩個(gè)電壓相位差的信號(hào)。這里兩對(duì)反并聯(lián)的二極管的限幅作用是必要的。因?yàn)閷?duì)于選擇好的參數(shù)和二極管，只要保證和二極管能承受和的波動(dòng)，D和E兩點(diǎn)的電位永遠(yuǎn)不會(huì)超過0.7V，從而保證了不致因電壓過高而損壞。