時間:2018-08-31 16:33:38來源:Darran Kreit
在一個連續轉動的軸上測量轉矩比較困難,有幾種方式可以做到。最常用的方式是從轉動軸所需要的能量來推導出轉矩。通常來說,這意味著要測量驅動軸轉動的電機的電流。雖然這很簡單但是不精確,因為電流的消耗與其他因素有關,比如速度、供電電壓、軸承狀況以及溫度。
更加精確的方式是使用應變計測量軸上面的扭轉變形,或者使用表面聲波(SAW)設備。盡管這種方法精確,不過它要么需要一個滑動環,要么需要用來將軸上的應變計與外部世界進行信號傳輸的無線手段。
應變計常常會有大的溫度系數,而且有個不好的習慣,在惡劣狀況下容易松動。在實驗室內用應變計或SAW設備測量轉矩一般都沒問題,但是對于很多工業應用來說并不適用。
引擎的轉矩是通過扭轉進行測量的,因此軸上的轉矩是通過測量安裝在軸上的并與軸保持在一條直線上的兩臺“多速”旋轉變壓器之間的相位移而得出的。隨著軸的轉動,每個旋轉變壓器產生兩個信號,一個信號按照正弦曲線變化,另一個按照余弦曲線變化。
如果所加載的轉矩是零,來自于兩臺旋轉變壓器的信號顯示相位移為零。隨著加載轉矩,看起來其中一個輸出信號的相位相對于另一個發生了位移。相位移和所加載的轉矩是直接成比例的。如果使用一個多速旋轉變壓器配上很大的周期數,則只需要一個很小的扭轉就能產生明顯的相位移。
這使得這項技術很靈敏,適合用于測量扭轉在小于1度甚至是小于0.1度的情況。可以使用專門的柔性軸或同心布置兩個旋轉變壓器(一臺位于另一臺的內部),并且將軸的內部和外部通過一個強度大的扭力彈簧連接在一起。
隨著傳感器技術的發展,越來越多的旋轉變壓器將被更加現代的感應式編碼器解決方案所替代。感應式編碼器使用與旋轉變壓器相同的感應原理進行操作,不過它們使用印刷電路板而不是繞線式的變壓器結構。這對于幫助最大限度地減少感應式編碼器的體積、重量和成本,同時最大化其測量性能是非常重要的。此外,感應式編碼器還提供了簡單易用的電氣接口——直流電源輸入和串行數據輸出。
因為在設計上感應式編碼器與旋轉變壓器采用了相同的基礎物理特性,所以它們具有相同的操作優勢。它們是平的,中間有個大洞,如同旋轉變壓器一樣,無需使用滑動環。使用感應式編碼器可以測量轉矩和絕對角度。
因為感應式編碼器的所有電子元件都已經在其定子內,不需要單獨指定和提供電子元件。感應式編碼器還可以提供每轉最高400萬次計數,因此一個很小角度的扭轉都足夠帶來很高解析度的轉矩測量。與應變計布置所獲得的熱系數相比,感應式編碼器的熱系數更小。任何由于軸的高角速度帶來的動態失真效果在使用相同的時鐘信號來觸發兩個編碼器讀數的時候都可以消除掉。
使用感應式編碼器進行測量,在加載過度或沖擊轉矩的時候,都不會有設備損壞的危險。這項技術也提供兩種測量——角度和轉矩,其費用低于使用應變計測量轉矩的費用。使用角度傳感器測量轉矩可能是一項老的技術,不過有了現代的感應式編碼器的加入,使得使用感應物理學進行角度測量煥發了青春,而這種方法對于轉矩和角度的感應也是很有效的。
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