扭矩測量

扭矩測量

扭矩由力和力臂的乘積來定義，單位是Nm。扭矩的測量以測量轉軸應變和

測量轉軸兩橫截面相對扭轉角的方法最常用。

10.2.1應變式扭矩測量

由材料力學知，當受扭矩作用時，軸表面有最大剪應力τmax。軸表面的單

元體為純剪應力狀態，在與軸線成45度的方向上有最大正應力σ1和σ2，

其值為｜σ1｜=｜σ2｜=τmax。相應的變形為ε1和ε2，當測得應變后，

便可算出τmax。測量時應變片沿與軸線成45°的方向粘貼。

若測得沿45°方向的應變ε1，則相應的剪應變為

式中：

E—材料的彈性模量；

μ—材料的泊松比；

于是，軸的扭矩為

式中：

Wn—材料的抗扭模量。

對于實心圓軸

測扭時，電阻應變計須沿主應變ε₁及ε₂的方向(與軸線成45°及135°夾角)。應變計的布置及組橋方式應考慮靈敏度、溫度補償及抵消拉、壓及彎曲等非測量因素干擾的要求

扭矩測量信號的傳輸

1. 扭矩測量的集電裝置

旋轉件如轉軸的應變測量，需要解決信號傳送的問題。粘貼在旋轉件上的應變片和電橋導線隨旋轉件轉動，而應變儀等測量記錄儀器是固定的。除采用遙測方式以外，需要有集電裝置。

集電裝置由兩部份組成：與應變片相連，隨旋轉件轉動的集流環（滑環）和與外部測量儀器相連，壓靠在滑環上的電刷（拉線）。集流裝置應準確可靠地傳遞應變信號，防止干擾減少測量誤差。集流環與電刷之間接觸電阻的變化是產生干擾，影響正常測量的主要因素(對集電裝置的一般要求)。

集電裝置種類、形式很多，其原理、結構與電機的集電裝置相同。常用的集電裝置有

拉線式和電刷式兩種形式

2. 無線傳輸方式

無線傳輸方式可以克服有線傳輸的缺點，得到越來越多的應用。它分為電波收發方式和光電脈沖傳輸方式。這兩種方式從使用的角度來看都取消了中間接觸環節，導線和專門的集流裝置。電波收發方式測量系統要求可靠的發射、接收和遙測裝置，且其信號容易受到干擾；而光電脈沖測量抗干擾能力較強，它是把測試數據數字化后以光信號的形式從轉動的測量盤傳送到固定的接收器上，然后經解碼器后還原為所需的信號。

扭矩的測量 （二）

其它扭矩測量方法

1. 壓磁式扭矩傳感器(壓磁式扭矩測量的原理)

壓磁式扭矩傳感器結構如下圖，它是利用軸受扭時材料導磁率的變化測量扭矩。其特點是可以非接觸測量，使用方便，但要求旋轉過程不出現徑向跳動，否則鐵芯與轉軸間隙改變，會造成測量誤差甚至破壞測量設備。

2. 磁電感應式扭矩傳感器(磁電感應式扭矩傳感器的原理)

磁電感應式扭矩傳感器結構如下圖，它是在轉軸上固定兩個齒輪，通過其所在橫截面之間相對扭轉角來測量扭矩。

3. 光電式扭矩傳感器(光電式扭矩測量的原理)

光電式扭矩傳感器結構如下圖，它是在轉軸上固定兩只圓盤光柵，通過兩光柵之間相對扭轉角來測量扭矩。

光電式扭矩傳感器

如左圖(光電式扭矩傳感器)所示，在轉軸4上固定兩只圓盤光柵3，在不承受扭矩時，兩光柵的明暗區正好互相遮擋，光源1的光線沒有透過光柵照射到光敏元件2，無輸出信號。當轉軸受扭矩后，轉軸變形將使兩光柵出現相對轉角，部份光線透過光柵照射到光敏元件上產生輸出信號。扭矩愈大，扭轉角愈大，穿過光柵的光通量愈大，,輸出信號愈大，從而可實現扭矩測量。

磁電感應式扭矩傳感器

如左圖( 磁電感應式扭矩傳感器)所示，在轉軸上固定兩個齒輪1和2，它們的材質、尺寸、齒形和齒數均相同。永久磁鐵和線圈組成的磁電式檢測頭3和4對著齒頂安裝。當轉軸不受扭矩時，兩線圈輸出信號相同，相位差為零。轉軸承受扭矩后，相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對扭轉角的增加而加大，其大小與相對扭轉角、扭矩成正比。

鐵磁材料的轉軸受扭矩作用時，導磁率發生變化。上圖( 壓磁式扭矩傳感器)中，分別繞有線圈A和B，其中A-A沿軸線，B-B沿垂直于軸線放置，彼此互相垂直。兩個鐵芯的開口端與轉軸表面保持1-2mm空隙，當A-A線圈通入交流電，形成通過轉軸的交變磁場。

當轉軸不受扭矩時，磁力線和B-B線圈不交鏈；轉軸受扭矩作用時，轉軸材料導磁率變化，沿正應力方向磁阻減小，沿負應力方向磁阻增大，從而使磁力線分布改變，使部分磁力線與B-B線圈交鏈，并在B-B線圈產生感應電勢。感應電勢隨扭矩增大而增大，并在一定范圍內成線性關系。