說到扭矩，可能很多人都不是很了解，它是許多工廠車間設(shè)備中的重要因素。在測(cè)量扭矩時(shí)，通常與實(shí)際測(cè)量值不一致，這可能導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足。本文介紹了許多技術(shù)和扭矩測(cè)量技術(shù)之間的權(quán)衡。扭矩可以分為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)兩類。用于測(cè)量扭矩的方法可以進(jìn)一步分為兩類，即反作用或在線。了解要測(cè)量的扭矩類型和不同類型的可用扭矩傳感器將對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和測(cè)量成本產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

　　在討論靜態(tài)力矩和動(dòng)態(tài)力矩時(shí)，通常簡(jiǎn)單的方法是先了解靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力的區(qū)別。簡(jiǎn)單來說，動(dòng)態(tài)力涉及到旋轉(zhuǎn)加速度，而靜態(tài)力不涉及旋轉(zhuǎn)加速度。

　　扭力只是轉(zhuǎn)動(dòng)力或距離一定距離的力，根據(jù)前面的描述，如果沒有角加速度，則視為靜態(tài)。因?yàn)闆]有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以沒有角加速度，時(shí)鐘彈簧所施加的力矩會(huì)是靜態(tài)力矩。在高速公路上定速行駛時(shí)通過汽車驅(qū)動(dòng)軸傳遞的力矩會(huì)是轉(zhuǎn)動(dòng)靜態(tài)力矩的例子，因?yàn)榧词褂修D(zhuǎn)動(dòng)，在定速時(shí)也沒有加速度。

　　根據(jù)測(cè)量位置，汽車引擎產(chǎn)生的扭矩既可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。如果在曲軸上測(cè)量扭矩，動(dòng)態(tài)扭矩會(huì)隨著每個(gè)氣缸的點(diǎn)火而波動(dòng)。

　　如果在驅(qū)動(dòng)軸中測(cè)量扭矩，由于飛輪和變速箱的旋轉(zhuǎn)慣性會(huì)抑制發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力矩，因此扭矩幾乎是靜態(tài)的。即使涉及到旋轉(zhuǎn)加速度，啟動(dòng)車窗玻璃需要的扭矩也會(huì)是靜態(tài)扭矩的例子，因?yàn)榍募铀俣群托D(zhuǎn)慣量都很小，所以動(dòng)力矩(扭矩=旋轉(zhuǎn)慣量X加速度)相比車窗運(yùn)動(dòng)所涉及的摩擦力可以忽略不計(jì)。

　　對(duì)于大多數(shù)測(cè)量應(yīng)用程序，靜態(tài)扭矩和動(dòng)態(tài)扭矩在一定程度上都有涉及。如果動(dòng)態(tài)扭矩是總扭矩的主要組成部分，或者是所關(guān)心的扭矩，那么在確定佳測(cè)量方法時(shí)必須特別注意。

　　在扭力傳動(dòng)組件之間插入扭力傳感器進(jìn)行扭力串聯(lián)扭力矩測(cè)量，這與在套筒和套筒扳手之間插入延伸件非常相似。旋轉(zhuǎn)所需的扭力將由延伸件直接承受。該方法允許扭力傳感器放置在盡可能接近目標(biāo)扭矩的位置，避免測(cè)量中可能出現(xiàn)的誤差，例如由軸承、外部載荷和旋轉(zhuǎn)慣量較大的組件產(chǎn)生的摩擦，這些組件會(huì)減小任何動(dòng)力矩。

　　從以往例子來看，在曲軸和飛輪之間放置一個(gè)在線扭矩傳感器，可以測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力矩，以免飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和傳感器的任何損耗。在車輛的輪圈和輪轂之間或傳動(dòng)軸中間放置一個(gè)在線扭矩傳感器，以測(cè)定幾乎靜態(tài)的傳動(dòng)輪的穩(wěn)態(tài)扭矩。由于典型扭矩傳動(dòng)線及其他相關(guān)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，所以在線測(cè)定通常是正確測(cè)定動(dòng)力矩的必由之路。

　　反作用力矩傳感器利用牛頓第三定律：對(duì)于每一個(gè)動(dòng)作，都有等反作用。測(cè)量電機(jī)產(chǎn)生的力矩，我們可以像上面說的在線測(cè)量，也可以測(cè)防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要的力矩，俗稱反作用力矩。

　　反作用力矩的測(cè)量避免了傳感器與傳感器在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中電氣連接的明顯問題(如下)，但它本身確實(shí)存在一系列缺點(diǎn)。通常情況下，反作用力矩傳感器需要承載大量的外部負(fù)載，如電機(jī)或至少一些傳動(dòng)系統(tǒng)的重量。這些負(fù)載可能會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_錯(cuò)誤(傳感器對(duì)負(fù)載的反應(yīng)不是預(yù)期的負(fù)載)，有時(shí)會(huì)降低靈敏度，因?yàn)閭鞲衅鞅仨毘休d超載負(fù)載，因此必須承載超載負(fù)載。在線和反作用的兩種方法在靜態(tài)扭矩測(cè)量中都會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。

　　將傳感器從旋轉(zhuǎn)環(huán)境連接到固定環(huán)境，在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用程序中進(jìn)行在線測(cè)量幾乎總是給用戶帶來挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的選項(xiàng)有很多，每個(gè)選項(xiàng)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。

　　在旋轉(zhuǎn)傳感器和固定電子設(shè)備之間建立聯(lián)系的常見方法是滑環(huán)。它由一組隨傳感器旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電環(huán)和一系列與傳感器信號(hào)接觸輸傳感器信號(hào)的刷子組成。

　　滑環(huán)是一種經(jīng)濟(jì)的解決方案，在各種應(yīng)用中都能起到很好的作用，是大多數(shù)應(yīng)用中比較簡(jiǎn)單，經(jīng)過時(shí)間驗(yàn)證，只有很小的缺點(diǎn)的解決方案。刷子(在較小程度上是指環(huán))是一種不適合長(zhǎng)期測(cè)試或者不易定期維護(hù)的使用壽命有限的磨損項(xiàng)目。

　　在低速到中速時(shí)，環(huán)與電刷的電連接相對(duì)無噪音，但在高速時(shí)，噪音會(huì)使其性能嚴(yán)重下降。刷/環(huán)界面的表面速度決定了滑環(huán)的大轉(zhuǎn)速(rpm)。因此，由于滑環(huán)的直徑必的直徑必因此在給定轉(zhuǎn)速下具有較高的表面速度，因此對(duì)于較大的傳感器，通常具有較高的扭矩容量，大工作速度將較低。

　　對(duì)于中量程的扭矩傳感器，典型的大轉(zhuǎn)速會(huì)在5000rpm的范圍內(nèi)。后，電刷環(huán)界面是阻力扭矩的來源，這可能是個(gè)問題，特別是對(duì)于容量測(cè)量極低或驅(qū)動(dòng)扭矩難以跨越電刷阻力的應(yīng)用。

　　為克服滑環(huán)的某些缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了回轉(zhuǎn)聯(lián)軸器系統(tǒng)。它利用回轉(zhuǎn)聯(lián)軸器將功率傳輸?shù)交剞D(zhuǎn)傳感器上。外置儀器將交流勵(lì)磁電壓通過勵(lì)磁變壓器提供到應(yīng)變橋。然后，傳感器的應(yīng)變橋?qū)⒒剞D(zhuǎn)變壓器的第二圈驅(qū)動(dòng)，從回轉(zhuǎn)傳感器上獲取力矩信號(hào)。通過消除滑環(huán)的電刷和環(huán)，消除磨損問題，使回轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)適合長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)應(yīng)用。

　　非接觸式扭力傳感器和旋轉(zhuǎn)式耦合器一樣，使用非接觸式方法從旋轉(zhuǎn)式傳感器傳輸扭力信號(hào)。使用旋轉(zhuǎn)，將功率傳輸?shù)叫D(zhuǎn)式傳感器上。但不是用來直接激勵(lì)應(yīng)變橋架，而是用來給旋轉(zhuǎn)式傳感器上的電路供電。該電路將激勵(lì)電壓提供給傳感器的應(yīng)變橋架，以及數(shù)字化傳感器的輸出信號(hào)。

　　數(shù)字化輸出信號(hào)通過變送器傳送信號(hào)，其中另一個(gè)回路會(huì)檢查數(shù)字化信號(hào)是否有誤，并將其轉(zhuǎn)換回模擬電壓。由于傳感器的輸出信號(hào)是數(shù)字化信號(hào)，不容易受來自電機(jī)、磁場(chǎng)等來源的噪音影響。與旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)不同，紅外線傳感器可配置式軸承或不帶式軸承，實(shí)現(xiàn)真正的免維護(hù)、無磨損、無阻力的傳感器。

　　雖然成本高于單純的滑環(huán)扭力傳感器，但它有很多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)配置為無軸承時(shí)，作為真正的無接觸測(cè)量系統(tǒng)，無需磨損，所以非常適用于長(zhǎng)期測(cè)試設(shè)備。重要的是，由于軸承被取消，即使是大容量設(shè)備，其運(yùn)行速度(rpm)也會(huì)急劇提高到25,000rpm或更高。對(duì)于高速應(yīng)用來說，這通常是旋轉(zhuǎn)扭力傳輸方法的佳解決方案。

　　在旋轉(zhuǎn)傳感器和接收器之間建立聯(lián)系的另一種方法是使用FM發(fā)射器。通過將傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，然后轉(zhuǎn)換回到模擬電壓，然后發(fā)送到FM接收器，將任何傳感器(無論是力還是扭矩)遠(yuǎn)程連接到其遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

　　對(duì)于扭力應(yīng)用，通常用于傳動(dòng)系統(tǒng)中的組件直接使用應(yīng)變計(jì)等特殊傳感器。例如，它可以是車輛的驅(qū)動(dòng)軸或半軸。變送器的優(yōu)點(diǎn)是易于安裝在組件上，因?yàn)樗ǔＶ恍枰獖A在定量軸上，并且可以在多個(gè)定制傳感器中重復(fù)使用。它確實(shí)有缺點(diǎn)，需要在旋轉(zhuǎn)傳感器上提供電源(通常是9V電池)，這使得它無法進(jìn)行長(zhǎng)期的測(cè)試。

　　了解要測(cè)量的扭矩的性質(zhì)，以及哪些因素可以改變扭矩進(jìn)行測(cè)量，這將對(duì)收集到的數(shù)據(jù)的可靠性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在應(yīng)用動(dòng)力矩進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在適當(dāng)?shù)奈恢脺y(cè)量扭矩時(shí)必須格外小心，不要用測(cè)量系統(tǒng)的阻尼力矩來影響扭矩。如何選擇扭矩傳感器連接到旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，滑環(huán)是低成本的解決方案，但有局限性。在需求較高的應(yīng)用中可以使用更先進(jìn)的技術(shù)解決方案，但通常成本較高。適當(dāng)?shù)呐ぞ販y(cè)量系統(tǒng)可以通過考慮具體應(yīng)用的要求和條件來選擇。