FUTEK扭矩测量

如何不同类型的扭矩传感器用于扭矩测量和它们之间的区别是什么？我们概述了最重要的事实，在这里全面介绍扭矩传感器测量扭矩。

转矩测量传感器由美国 FUTEK 先进传感器技术公司(FUTEK)生产，该公司是生产大量转矩传感器的领先制造商，利用传感器行业最先进的技术之一: 金属箔应变片技术。它被定义为一个传感器用于扭矩测量(扭矩感应) ，将输入的机械扭矩转换成电输出信号。扭矩传感器也通常被称为扭矩传感器，扭矩细胞或力矩传感器。有两种主要类型的扭矩传感器: 反作用扭矩传感器或旋转扭矩传感器。

什么是扭矩测量传感器？

根据定义，扭矩测量传感器是一种传感器，特别是一个扭矩传感器，将扭矩测量(反应，动态或旋转)转换成另一个物理变量，在这种情况下，转换成电信号，可以测量，转换和标准化。当应用于传感器的扭矩增加时，电输出信号成比例地变化(扭矩检测器)。扭矩传感器是 FUTEK 专门研究的力测量设备之一。

图1：基于应变片的转矩传感器

扭矩测量传感器的类型有哪些？

扭矩传感器主要有两大类: 旋转扭矩传感器和反作用扭矩传感器。总之，反作用力传感器测量静止扭矩(静态或非旋转) ，旋转扭矩(动态扭矩传感器)。

理解应用程序和定义需求是选择正确的扭矩传感器的关键部分。

旋转式扭矩传感器(动态或旋转扭矩)

旋转传感器(或动态扭矩传感器)被应用在扭矩测量必须在旋转轴，发动机或固定马达。在这种情况下，传感器必须在与轴相连的线上旋转。旋转式扭矩传感器装有滑环或无线电子装置，以便在旋转(非接触式传感器)时传输扭矩信号。

旋转式扭矩传感器经常用作电机、动力扭矩测量工具、涡轮机和发电机的测试/审计工具，以测量旋转扭矩。轴对轴的旋转扭矩传感器还可用于反馈控制，监测扭矩，分析试验台的效率和用应变计测量转轴的扭矩。

如何测量电动机的转矩？旋转扭矩测量(又名旋转扭矩测量)是电机和负载之间的耦合。当轴旋转时，扭矩传感器测量电机产生的扭矩，以响应应用于旋转轴的负载。一些旋转传感器配备有内置编码器。这些编码器测量测试期间产生的角度/速度。扭转测量可以成功地在本地数字显示器(又称扭矩传感器指示器)上进行监测，例如面板安装显示器、手持显示器、连接到 PLC 或使用数字 USB 仪器接入 PC。

图2：旋转扭矩传感器

旋转式扭矩传感器也是测功机的重要组成部分，因为它提供扭矩测量和角速度(RPM) ，可以方便地计算输出功率，准确计算电机或发动机在 Kw 或 HP 中的性能及其机电效率。

静态转矩传感器

在某些应用中，使用在线旋转传感器测量的扭矩可以在扭矩传递到地面的地方使用反作用扭矩传感器(静态扭矩测量)进行测量。

反作用扭转传感器(不是 LVDT 位移传感器)有两个安装法兰(法兰到法兰传感器)。一面固定在地面或刚性结构构件上，另一面固定在转轴或旋转元件上。旋转产生法兰之间的剪切力，这是通过贴在传感器梁上的箔应变计捕捉到的，并通过惠斯登桥传感器转换成电流。

对于给定的应用，一个反应传感器(又名力矩传感器)往往不那么复杂，因此比旋转传感器便宜。反应式扭矩传感器经常用作扭矩校准工具，例如，用来验证扭矩扳手的精确度。

图3：静态转矩传感器

扭矩传感器是如何工作的？

如何测量扭矩？首先，我们需要了解背后的物理和材料科学扭矩传感器的工作原理，这是应变计(又名应变计)。金属箔应变片是一种电阻随外力变化的传感器。换句话说，它转换应变来自力，压力(又名压力传感器) ，张力，压缩，扭矩，重量(又名重量传感器) ，等等。.变成电阻的变化，然后可以标准化测量扭矩。

图4：金属箔应变计。来源: 科学指南

在结构上，一个反作用扭转传感器是由一个金属本体(也称为弯曲) ，其中箔应变片是粘合的。传感器主体通常由铝或不锈钢制成，这使传感器具有两个重要特点: (1)提供坚固性以承受高扭矩; (2)具有最小变形的弹性并在扭矩消除后恢复到原来的形状。

当施加扭矩(顺时针或逆时针方向)时，金属阀体就像一个“弹簧”，只是轻微变形，除非它超载，否则就会恢复到原来的形状。当弯曲变形时，应变计也会改变其形状，从而改变其电阻，通过惠斯登桥电路产生差分电压变化。因此，电压的变化是成正比的扭矩施加到传感器，这可以计算通过扭矩传感器电路输出电压。

在旋转式扭矩传感器中，应变计与旋转轴粘结在一起，当施加扭矩时，旋转轴略有变形。在应变计中，轴的偏转会引起应力，从而改变其电阻。一组应变片(通常为4)被安装在一个电路中，这个电路叫做惠斯登桥电阻，它将电阻变化转换成电压输出，这样就可以进行校准和测量。

图5：连接在转轴上的应变计。来源：FUTEK Youtube网络研讨会。

旋转扭矩传感器是用来测量旋转轴的扭矩的。因此，有必要将电力传输到应变计电桥，以及接收来自旋转扭矩计或轴的信号的方法。这可以通过使用滑环，无线遥测，或旋转变压器来实现。另外，传感器还可以嵌入编码器进行角度或速度测量。

图6：旋转式扭矩传感器及其内部组件。来源: FUTEK YouTube 网络研讨会。

传感器必须精心设计，以消除轴外负荷(也称为侧负荷或无关力矩) ，并必须只对逆时针方向和逆时针方向扭矩负荷敏感。传感器输出是力和距离的函数(t = fxd) ，通常用英寸磅(- 磅)表示。英尺磅(英尺磅)或牛顿-米(新墨西哥州)。

欲了解更多信息，请看我们的解决方案，扭矩传感器如何工作。

如何为您的应用程序选择扭矩传感器？

我们经常听到的一个问题是: “什么是适合我的应用程序的传感器?”之所以经常被问到，是因为在市场上的各种传感器产品中操作起来很棘手。所以，无论是小型扭矩传感器还是大容量扭矩传感器，都要按照下面的步骤来选择合适的扭矩传感器尺寸。

为了帮助您选择您的称重传感器，富特克开发了一个简单易学的4步指南。以下是一些帮助你缩小选择范围的方法。查看我们的“如何选择一个扭矩传感器”完整指南的进一步信息。

步骤1：了解您的应用程序以及您想要测量或控制的内容。首先，了解你的应用，并确定你想测量的扭矩类型ー反作用扭矩或旋转扭矩？另外，什么是环境(温度，压力，湿度)。该应用可能需要水下扭矩传感器。

步骤2：定义传感器安装特性及其组装。你将如何安装传感器？(法兰到法兰，方形传动，轴到轴，六角传动，等等)你将使用这顺时针，逆时针方向，或两者？

步骤3：定义您的最小和最大容量以及关键需求。在选择容量之前，确保选择容量超过最大操作扭矩，并确定所有额外负载(侧负载或偏心负载)和时刻。还有，你的最大转速是多少？你需要测量速度和角度位置吗？

步骤4： 定义应用程序需要的输出类型。一些传感器输出 mV/v 信号，可与放大器配对，最高可达 ± 10VDC，而其他非接触式旋转传感器将提供 ± 5VDC 输出。因此，如果您的 PLC 或 DAQ 需要模拟输出，数字输出或串行通信，您将需要一个扭矩传感器放大器或信号调节器。确保选择正确的放大器以及校准整个测量系统(传感器 + 信号调节器)。这一交钥匙解决方案转化为更多的兼容性和准确性的整个扭矩测量系统。