JN338智能數字式轉矩轉速傳感器及其應用

摘　要：介紹了JN338智能數字式轉矩轉速傳感器的特性參數和工作原理,該傳感器使用兩組旋轉變壓器實現了電源及信號的非接觸傳遞，同時其信號輸出為頻率量。文中給出了基于JN338的智能轉矩轉速測量儀的硬件電路結構框圖，同時指出了JN338的應用注意事項。

關鍵詞：JN338；數字式；轉矩轉速傳感器

１　概述

　　轉矩傳感器在電動機、發動機、發電機、風機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉動力測試系統中及數控機械加工中心、自動機床等機電一體化設備中已獲得廣泛的應用。傳統的轉矩傳感器通常采用電阻應變橋來檢測轉矩信號，并采用導電滑環來耦合電源輸入及應變信號輸出，由于導電滑環屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發熱，這樣不但限制了旋轉軸的轉速及導電滑環的使用壽命，同時由于接觸不可靠，也不可避免地會引起測量信號的波動及誤差的增加。因此，如何在旋轉軸上進行能源及信號的可靠耦合已成為轉矩傳感器最棘手的問題，而ＪＮ３３８數字式轉矩轉速傳感器則巧妙地解決了這個問題。

　　ＪＮ３３８是北京三晶創業集團公司的產品，該傳感器采用兩組特殊環形旋轉變壓器來實現能源的輸入及轉矩信號的輸出，從而解決了旋轉動力傳遞系統中能源及信號可靠地在旋轉部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時實現旋轉軸轉速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現轉矩、轉速及軸功率的多參數輸出。

２　主要特性及參數

２．１ ＪＮ３３８的主要特性

　　ＪＮ３３８的主要特性如下：

　　●檢測手段為應變電測技術；

　　●測量精度高信號檢出、處理均用數字技術；

　　●抗干擾能力強，無需調零即可工作；

　　●可靠性高、信噪比高，工作壽命長；

　　●既可以測量靜止扭矩，也可測量旋轉轉矩；

　　●能夠測量穩態扭矩，也能測量過渡過程的動態轉矩；

　　●無需反復調零即可連續測量正反轉矩；

　　●無集流環、電刷等磨損件，可高速超長運行；
　　
　　●轉矩信號的傳遞與是否旋轉、轉速大小及旋轉方向無關；

　　●測量彈性體強度大，可承受１５０％過載；

　　●體積小，重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯軸式等多種安裝方式；

　　●輸出信號以頻率形式給出，便于和計算機進行接口。

２．２ 傳感器的主要技術參數

　　傳感器的主要技術參數如表１所列，表２所列是該傳感器產品的規格參數。

表1 JN338傳感器主要技術參數

表2 傳感器產品規格參考

２．３ 插座引腳及功能

　　ＪＮ３３８轉矩轉速傳感器采用一只５腳的航空插座做電源輸入及轉矩轉速信號輸出，插座外形及引腳排列如圖１所示。各引腳功能說明如下：

　　１腳：接地端；

　　２腳：＋１５Ｖ電源端；

　　３腳：－１５Ｖ電源端；

　　４腳：轉速信號輸出端；

　　５腳：轉矩信號輸出端。

３　工作原理

３．１ 轉矩測量原理

　　該轉矩傳感器的檢測敏感元件是電阻應變橋。將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上以組成應變電橋，只要向應變電橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號，然后將該應變信號放大，再經過壓／頻轉換變成與扭應變成正比的頻率信號。傳感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環形旋轉變壓器承擔的，因此可實現能源及信號的無接觸傳遞。該應變傳感器測量原理如圖２所示。

　　在一段特制的彈性軸上粘貼專用的測扭應變片并組成電橋，以形成基礎扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源環形旋轉變壓器的次級線圈、軸上印刷電路板和信號環旋轉變壓器的初級線圈。電路板上包含整流穩壓電源、儀表放大電路及Ｖ／Ｆ變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環形旋轉變壓器的初級線圈、信號環形變壓器的次級線圈及信號處理電路。

　　傳感器電路部分在工作時，由外部電源向傳感器提供