扭矩角度傳感器：扭矩傳感器
收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
扭矩傳感器
語音
編輯
鎖定
討論
上傳視頻
上傳視頻
本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
審核
。
扭矩傳感器，又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀，分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應用在制造粘度計，電動（氣動，液力）扭力扳手，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。
中文名
扭矩傳感器
外文名
torque transducer
別 名
力矩傳感器、扭力傳感器
分 類
動態(tài)和靜態(tài)
優(yōu) 點
精度高，頻響快，可靠性好
作 用
測量扭轉(zhuǎn)力矩
目錄
1
基本介紹
2
發(fā)展歷程
3
類別
?
非接觸式扭矩傳感器
?
應變片扭矩傳感器
?
高性能無線型
?
電子式
4
應用范圍
5
測量原理
6
信號傳輸
?
信號輸出
?
扭矩信號處理形式
?
信號采集
7
安裝使用
?
使用環(huán)境
?
安裝方式
?
注意事項
8
利與弊
?
發(fā)展趨勢
?
不足之處
扭矩傳感器基本介紹
編輯
語音
通常所說的轉(zhuǎn)矩是外力矩，如機床主軸旋轉(zhuǎn)是動力源提供的外力矩作用的結(jié)果，而扭矩是內(nèi)力矩，主軸工作時，刀具切削力對主軸的反作用使之產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，可用其衡量扭矩的大小
[1]
。扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動效應或扭轉(zhuǎn)變形的力矩，等于力和力臂的乘積。扭矩是在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù)，為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩，使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器。該傳感器是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近(磁或光)傳感器。當彈性軸旋轉(zhuǎn)時，這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(yōu)點：實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數(shù)字信號；缺點：體積較大，不易安裝，低轉(zhuǎn)速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較，因此低速性能不理想。扭矩測試比較成熟的檢測手段為應變電測技術(shù)，它具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優(yōu)點。 將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應變橋，若向應變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號。這就是基本的扭矩傳感器模式。但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應變橋的橋壓輸入及檢測到的應變信號輸出如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞，通常的做法是用導電滑環(huán)來完成。 由于導電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損并發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導電滑環(huán)的使用壽命。并且由于接觸不可靠引起信號波動，從而造成測量誤差大甚至測量不成功。為了克服導電滑環(huán)的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法 ：將扭矩應變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號，通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號。 旋轉(zhuǎn)軸上的能源供應是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。
扭矩傳感器發(fā)展歷程
編輯
語音
扭矩傳感器的發(fā)展歷程大致為：光學機械變形類型、電磁感應類型、相位差類型、應變類型。1856 年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了在機械應變作用下，金屬絲電阻會發(fā)生變化的現(xiàn)象，這奠定了電阻應變片的研制基礎(chǔ)。1938 年魯奇與西蒙斯制造了紙基式電阻應變片。此后，電阻應變片得到了快速地發(fā)展，在工程領(lǐng)域得到了廣泛應用，電阻應變片也是用于扭矩測量的一種較佳選擇。應變型扭矩傳感器可利用被測物理量在彈性元件上產(chǎn)生彈性變形，因而彈性變形可通過應變片轉(zhuǎn)換成電阻的變化，從而測出扭矩值。在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下可靠地自供電技術(shù)和信號傳輸技術(shù)是此類扭矩傳感器仍需研究的主要問題。1982 年日本福岡九州大學 Sasada 等研究人員研制出了新型磁頭扭矩傳感器，利用等離子法在轉(zhuǎn)軸表面噴覆了一段磁致伸縮層，可以使整個測試裝置做的緊湊。1984 年，Sasada 等人提出了改進方案，為了獲得較寬的動態(tài)范圍和較好的線性度，采用了具有特定形狀的磁場各向異性的三角形或平行四邊形磁片。1986 年 Sasada等人研究了應用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應來檢測扭矩，具體的方式是在一段圓軸表面上粘貼非晶薄帶，其粘貼方向與圓軸線成 45度角，最后基于此方法成功的研制了螺線管式扭矩傳感器。1992 年王榮等人為改善“角度依存性”問題，采用在轉(zhuǎn)軸的表面粘貼一層特制的軟磁合金薄帶的方法，研制了逆磁致伸縮扭矩傳感器。2011 年由淮海工學院的文西芹、李紀明等人研究了一種磁彈性效應的新型扭矩傳感器，其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的使用要求。由日立公司研制的 MR 編碼器式扭矩傳感器是轉(zhuǎn)角型扭矩傳感器的典型代表，其工作原理是在被測件之間安裝一轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸的兩端分別裝有一個 MR 編碼器，由每個編碼器的兩相正弦輸出可以分別計算出轉(zhuǎn)軸兩端的角度，再由兩個角度交差計算出扭矩。2005 年重慶工學院遠程測試與控制技術(shù)研究所開發(fā)了螺桿差動變壓器式的扭矩傳感器，當彈性軸受到扭力時，軸會產(chǎn)生一定的扭矩角度，再通過內(nèi)部的銜鐵作用以感應電動勢的形式輸出。2010 年由淮海工學院和江蘇海洋資源開發(fā)研究院共同研制了一種非接觸測量方式的磁電型扭矩傳感器。2014 年趙浩、丁立軍等人基于電磁感應原理，設計了一種新型扭矩傳感器。近年來一些新型扭矩傳感器不斷被開發(fā)和研制出來，包括光纖式扭矩傳感器、無線聲表面波式扭矩傳感器、磁敏式扭矩傳感器、激光多普勒式扭矩傳感器、激光衍射式扭矩傳感器等。如美國佛吉尼亞西蒙斯飛行器公司，為了對飛行器的渦輪發(fā)動機進行扭矩測試，研發(fā)了一種基于光纖技術(shù)的光纖式扭矩傳感器。重慶大學光電技術(shù)及系統(tǒng)教部重點實驗室的研究人員，提出了一種新型平板式壓電四維力/力矩傳感器，大連理工大學聯(lián)合長春光學精密機械與物理研究所，研制了一種具有分載測量功能的預緊式 Stewart 結(jié)構(gòu)六維力/力矩傳感器
[2]
。
扭矩傳感器類別
編輯
語音
扭矩傳感器非接觸式扭矩傳感器
非接觸式扭矩傳感器輸入軸和輸出軸由扭桿連接起來，輸入軸上有花鍵，輸出軸上有鍵槽。當扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，輸入軸上的花鍵和輸出軸上鍵槽之間的相對位置就被改變了。花鍵和鍵槽的相對位移改變量等于扭轉(zhuǎn)桿的扭轉(zhuǎn)量，使得花鍵上的磁感強度改變，磁感強度的變化，通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號。非接觸扭矩傳感器由于采用的是非接觸的工作方式，因而壽命長、可靠性高，不易受到磨損、有更小的延時、 受軸的偏轉(zhuǎn)和軸向偏移的影響更小，已經(jīng)廣泛用于轎車領(lǐng)域。在非接觸式扭矩傳感器中，常用的主要有應變式、磁電式、光纖式和光電式傳感器。應變式非接觸傳感器利用了無線傳輸技術(shù)。隨著科技的進步和無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，接觸式應變片傳感器輸出信號所用的導電滑環(huán)和刷臂已經(jīng)能夠用無線傳輸模塊替代，從而克服了導電滑環(huán)和刷臂間的磨損，提高了測量精度。磁電式扭矩傳感器是利用磁電轉(zhuǎn)換的原理，分析兩路輸出的電動勢信號的相位差，從而達到測量扭矩的目的。主要分為閉磁路式傳感器和開磁路式傳感器。光纖式扭矩傳感器主要是利用光反射原理和相位差原理，將軸上相應的兩處位置反射的光信號讀取后并計算出相位差，由此能算出相應的扭矩值。但是光纖式傳感器易受環(huán)境影響，安裝調(diào)試也相對較困難。光電式扭矩傳感器以光電感應元件為核心部件。當傳動軸上加載扭矩時，由光源發(fā)出的光的強度會發(fā)生相應變化，從而使光電元件的輸出電流發(fā)生變化。通過測量該變化值即可計算出扭矩值。
[3]
扭矩傳感器應變片扭矩傳感器
應變片傳感器扭矩測量采用應變電測技術(shù)。在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋，當彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化，應變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓瘡亩鴮崿F(xiàn)扭矩測量。傳感器就完成如下的信息轉(zhuǎn)換；傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。
扭矩傳感器高性能無線型
高性能無線扭矩傳感器將傳感器與無線通信技術(shù)結(jié)合在一起，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。扭矩電信號由單片機控制的信號處理電路進行放大、A/D轉(zhuǎn)換之后，編碼器將采集到的數(shù)字量編碼傳送給發(fā)射模塊進行發(fā)送。接收模塊接收到數(shù)據(jù)后，解碼器將譯出的數(shù)據(jù)傳送給單片機，由LED顯示得到的扭矩數(shù)據(jù)值。傳感器數(shù)據(jù)采集發(fā)射電路由扭矩傳感器、信號處理部分、單片機和無線發(fā)射電路組成。扭矩傳感器將電阻應變片產(chǎn)生的應變電信號傳送到信號處理電路。信號處理部分對傳感器模擬信號提取放大，并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器負責控制系統(tǒng)各部分器件的工作，并對數(shù)字信號進行處理。無線發(fā)射電路在微處理器的控制下，由編碼器將采集到的信息數(shù)據(jù)進行相應的編碼和處理，并用發(fā)射模塊發(fā)射出。實現(xiàn)無線傳輸。
扭矩傳感器電子式
電子式扭矩儀是一種針對風機、水泵試驗及現(xiàn)場能效評測的便攜式高性能軸功率測量儀器。電子式扭矩儀創(chuàng)造性的摒棄了傳統(tǒng)機電式扭矩傳感器繁瑣、復雜、在很多現(xiàn)場環(huán)境下不易實現(xiàn)的安裝過程，實現(xiàn)了風機、水泵電機效率的實時測量，監(jiān)測風機、水泵電機在使用過程中各環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)，對研究風機、水泵電機的使用狀態(tài)提供了實時、真實、可靠的數(shù)據(jù)；避免了因機電式扭矩傳感器安裝不當對試驗結(jié)果造成的影響。電子式扭矩儀能完全取代傳統(tǒng)扭矩傳感器的軸功率測量功能，并且能獲取風機、水泵電機的實時效率，為風機、水泵機組節(jié)能提供了嚴謹、科學評測手段。
電子式扭矩儀(3張)
扭矩傳感器應用范圍
編輯
語音
扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機械功率的精密測量儀器。應用范圍十分廣泛，主要用于：1、電動機、發(fā)動機、內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設備輸出扭矩及功率的檢測；2、風機、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率的檢測；3、鐵路機車、汽車、拖拉機、飛機、船舶、礦山機械中的扭矩及功率的檢測；4、可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測；5、可用于制造粘度計；6、可用于過程工業(yè)和流程工業(yè)中；7、可以應用于實驗室，測試部門以及生產(chǎn)監(jiān)控和質(zhì)量控制；
扭矩傳感器測量原理
編輯
語音
扭矩的測量：采用應變片電測技術(shù)，在彈性軸上組成應變橋。如圖1所示：
圖1
1.信號輸出可任意選擇波形─方波或脈沖波。2.檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強。3.不需反復調(diào)零即可；連續(xù)測量正反扭矩。4.即可測量靜止扭矩，也可測量動態(tài)扭矩。5.體積小、重傳感器可脫離二次儀表獨立使用，只要按插座針號提供 +15V，-15V（200mA）的電源，即可輸出阻抗與扭矩成正比的等方波或脈沖波頻率信號。量輕、易于安裝。6.測量范圍： 0—Nm標準可選, 非標準2萬Nm、3萬Nm、5萬Nm、8萬Nm、10萬Nm，特殊量程可定制。
扭矩傳感器信號傳輸
編輯
語音
扭矩傳感器信號輸出
· 方波信號、脈沖信號。· 扭矩傳感器的標準信號輸出是頻率信號，即5-15KHz；為了適應客戶需求，無需外置模塊，與原始輸出電路整合設計直接輸出4-20mA、0-20mA、1-5V、0-5V模擬信號，方便客戶采。
扭矩傳感器扭矩信號處理形式
· 扭矩傳感器輸出的頻率信號送到頻率計或數(shù)字表，直接讀取與扭矩成正比的頻率信號或電壓、電流信號。· 扭矩傳感器的扭矩與頻率信號送給單片機二次儀表，直接顯示實時扭矩值、轉(zhuǎn)速及輸出功率值及 RS232通訊信號。· 直接將扭矩與轉(zhuǎn)速的頻率信號送給計算機或 PLD進行處理。
扭矩傳感器信號采集
頻率輸出信號的信號采集頻率信號輸出時，與后續(xù)的信號采集設備的建議接口電路如圖2所示
圖2 頻率信號采集
電流或電壓輸出信號的信號采集如圖3所示。
圖3 電流電壓信號采集
扭矩傳感器安裝使用
編輯
語音
扭矩傳感器使用環(huán)境
扭矩傳感器應安裝在環(huán)境溫度為0℃ ～ 60℃，相對濕度小于90%，無易燃、易爆品的環(huán)境里。不宜安裝在強電磁干擾的環(huán)境中。
扭矩傳感器安裝方式
1、 水平安裝，如圖11所示：
圖11
2、垂直安裝，圖12所示：
圖12 垂直安裝示意圖
3、連接方式： 扭矩傳感器與動力設備、負載設備之間的連接（1）彈性柱銷聯(lián)軸器連接如圖13所示，此種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，維護方便。能夠微量補償安裝誤差造成的軸的相對偏移，同時能起到輕微減振的作用。適用于中等載荷、起動頻繁的高低速運轉(zhuǎn)場合，工作溫度為-20-70℃。
圖13 彈性柱銷聯(lián)軸器連接
（2）剛性聯(lián)軸器連接如圖14所示，這種連接形式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無補償性能，不能緩沖減振，對兩軸的安裝精度較高。用于振動很小的工況條件。
圖14 剛性聯(lián)軸器連接
4、安裝要求：（1） 扭矩傳感器可水平安裝，也可垂直安裝。（2） 動力設備、傳感器、負載設備應安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，以避免過大的震動，否則可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測量精度，甚至損壞傳感器。（3） 采用彈性柱銷聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器連接。（4） 動力設備、傳感器、負載設備軸線的同心度應小于Φ0.05mm。
扭矩傳感器注意事項
1.安裝時，不能帶電操作，切莫直接敲打、碰撞傳感器。2.聯(lián)軸器的緊固螺栓應擰緊，聯(lián)軸器的外面應加防護罩，避免人身傷害。3.信號線輸 出不得對地 ，對電源短路,輸出電流不大于10mA· 屏蔽電纜線的屏蔽層必須與 +15V電源的公共端（電源地）連接。4.日常的計量檢定校準工作中，對扭矩傳感器進行校準時，通常采用扭矩標準機來進行。由于扭矩傳感器的精度比較高，通常為 1 級及以上的扭矩傳感器，但在實際測量工作中，除了扭矩標準機自身的不確定度之外，影響扭矩傳感器測量結(jié)果的另外一個重要因素則是傳感器與扭矩標準機之間的連接質(zhì)量，特別是對高精度扭矩傳感器的校準中在不考慮扭矩標準機自身的不確定度時，連接質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響測量結(jié)果的準確度。在現(xiàn)有扭矩傳感器測量方法中，通常都是將傳感器串接入扭矩標準機中進行校準，故而在校準過程中不可避免要出現(xiàn)連接質(zhì)量可靠與否的問題。在以往為了保證連接安裝的穩(wěn)定性和牢固性，通常會采用剛性連接方式來安裝，此種方式在裝卸方面為檢測人員帶來諸多不便，加上加工零部件的加工精細度和配合間隙的存在，在實際測量過程中使得測量軸系之間的同軸度發(fā)生較大的變化，將嚴重影響測量結(jié)果的準確性。雖然此種缺陷可以通過激光對中裝置減少誤差，但是受各種因素的影響以及人為安裝水平的差異，扭矩傳感器在實際受載過程中，同軸度仍然是計量過程中較大的不確定度影響因素
[4]
。
扭矩傳感器利與弊
編輯
語音
扭矩傳感器發(fā)展趨勢
隨著自控系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，對扭矩傳感器的精度、可靠性和響應速度提出了更高的要求。扭矩傳感器正呈現(xiàn)以下的發(fā)展趨勢：1、測試系統(tǒng)向微型化數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展；2、從單功能向多功能發(fā)展，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶；3、向著小型化、集成化方向發(fā)展。傳感器的檢測部分可以通過結(jié)構(gòu)的合理設計和優(yōu)化來實現(xiàn)小型化，IC部分可以整合盡可能多的半導體部件、電阻到一個單獨的IC部件上，減少外部部件的數(shù)量；4、由靜態(tài)測試向動態(tài)在線檢測方向發(fā)展；
扭矩傳感器不足之處
遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項缺陷，但也存在著三個不足之處，1、易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；2、由于是電池供電，所以只能短期使用；3、由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時的動平衡問題，在小量程及小直徑軸時更突出；數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點并克服了其缺陷，在應變傳感器的基礎(chǔ)上設計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器，實現(xiàn)了能源及信號的非接觸傳遞。并做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。
詞條圖冊
更多圖冊
解讀詞條背后的知識
查看全部
LONGLV隆旅電子
上海隆旅電子科技有限公司
隆旅電子｜LONGLV-WTQ98A靜態(tài)扭矩傳感器
/// 專 業(yè) 的 工 業(yè) 傳 感 與 測 量 頭 條 號 //// 概 述 /LONGLV-WTQ98A靜態(tài)扭矩傳感器，電阻應變?yōu)槊舾性图呻娐窐?gòu)成的一體產(chǎn)品，精度高，性能穩(wěn)定可靠，中低量程扭矩測量，靜態(tài)扭矩測量，兩端均為法蘭盤連接。安裝使用方便。扭矩傳感器采用德國技...
2019-09-031
LONGLV隆旅電子
上海隆旅電子科技有限公司
「隆旅干貨」動態(tài)扭矩傳感器在測量上都采用了哪些你不知道
/// 專 業(yè) 的 工 業(yè) 傳 感 與 測 量 百 家 號 //// 前言 /動態(tài)扭矩傳感器是一種非接觸式高速旋轉(zhuǎn)的傳感器，由于其測量質(zhì)量高和線性誤差低，傳感器在扭矩測產(chǎn)品中一直處于優(yōu)勢。動態(tài)扭矩傳感器采用非接觸式設計，由于沒有易損件非常適合長時間旋轉(zhuǎn)扭矩測量和高速旋轉(zhuǎn)...
2019-10-080
言言smile
我叫言言，喜歡談天說地
不同扭矩傳感器各自有哪些優(yōu)點，對比兩款
扭矩傳感器的種類有很多，本文主要對比了靜態(tài)扭矩傳感器和非接觸式扭矩傳感器的原理及功能優(yōu)勢。扭矩傳感器是許多領(lǐng)域不可或缺的一部分，可應用于電動機、內(nèi)燃機、扭矩試驗臺、測功機、電動機、引擎、齒輪、發(fā)電機、風機、泵等，其它應用測量設備轉(zhuǎn)矩傳感器安裝在汽車控制、調(diào)節(jié)、擰緊螺帽的扭矩...
2021-06-170
走馬觀花臺
走馬觀花臺分享關(guān)于儀器機械方面的資料
選擇對的型號正常安裝，扭力傳感器才能測量成功
因為目前現(xiàn)階段目前市面上的扭力傳感器在結(jié)構(gòu)和基本原理上各不相同。測量結(jié)果的成功與否，很大原因取決于扭力傳感器的選用是否合理。所以，根據(jù)上面來選擇就非常重要了，南京冉控科技技術(shù)人員給大家分享以下3個要點。1、相頻特性特性相頻特性特性管理決策了被測量的頻率范圍，盡量在允許頻率范...
2021-04-260
走馬觀花臺
走馬觀花臺分享關(guān)于儀器機械方面的資料
扭矩傳感器正確安裝，碰到故障不用慌
扭矩傳感器應安裝在環(huán)境溫度為0℃ ～ 60℃，相對濕度小于90%，無易燃、易爆品的環(huán)境里。不宜安裝在強電磁干擾的環(huán)境中。1、連接方式：扭矩傳感器與動力設備、負載設備之間的連接（1）彈性柱銷聯(lián)軸器連接，此種連接方式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，維護方便。能夠微量補償安裝誤差造成的軸的相...
2021-03-170
參考資料
1.
隋修武主編. 機械電子工程原理與系統(tǒng)設計[M]. 2014
2.
唐敏. 無線聯(lián)動式扭矩傳感器設計與研究[D].成都理工大學,2015.
．中國知網(wǎng)[引用日期2019-08-24]
3.
羅勝彬. 磁電式扭矩傳感器的研究[D].西華大學,2015.
．中國知網(wǎng)[引用日期2019-08-24]
4.
李海濱,孫欽密,任翔,王振宇.扭矩傳感器檢測連接質(zhì)量的問題探討[J].計量與測試技術(shù),2019,46(03):60-61+67.
．中國知網(wǎng)[引用日期2019-08-24]
扭矩角度傳感器：扭矩角度傳感器
51
）
Int.CI
權(quán)利要求說明書
說明書
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
扭矩角度傳感器
（
57
）摘要
?
本實用新型涉及一種扭矩角度傳感器，安
裝在設置有系統(tǒng)外殼的轉(zhuǎn)向柱上，用于檢測車輛
的方向盤轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向扭矩和角度，所述扭矩角度
傳感器包括上蓋、扭矩感應單元、角度感應單
元、
PCB
板、信號輸出端子和傳感器殼，所述上
蓋與傳感器殼之間形成收容空間，用以收容所述
角度感應單元、
PCB
板和信號輸出端子，所述上
蓋包括本體和第一組裝部，所述第一組裝部是自
本體向傳感器殼延伸的凸緣，被配置與傳感器殼
扭矩角度傳感器：法雷奧開發(fā)了完整系列的扭矩傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、扭矩和角度傳感器以及扭矩和分度傳感器，從而適應市場上可用的不同系統(tǒng)架構(gòu)。｜ Valeo
當您訪問任何網(wǎng)站時，它可能會以cookie的形式在您的瀏覽器上存儲或檢索信息。 此信息可能與您、您的偏好或設備有關(guān)，并且通常用于使站點按您預期的那樣工作。 這些信息通常不能直接識別您的身份，但是可以為您提供更加個性化的網(wǎng)站體驗。 因為我們尊重您的隱私權(quán)，所以您可以選擇不允許某些類型的cookie。 單擊不同的類別標題了解更多信息并更改我們的默認設置。 但是，阻止某些類型的cookie可能會影響您對網(wǎng)站和我們能夠提供的服務的體驗。
查看完整的cookie政策
扭矩角度傳感器：簡述電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭矩轉(zhuǎn)角傳感器
一般來說，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本策略如下圖，可見其所有基本控制模塊，其輸入信號要么需要方向盤力矩信號，要么需要方向盤轉(zhuǎn)角信號（方向盤轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)角信號計算得到），這兩個信號一般來說是通過一個扭矩轉(zhuǎn)角傳感器TAS（Torque and Angle Sensor）來獲取的。本文淺嘗輒止地來講一講目前EPS系統(tǒng)中用到的主流扭矩轉(zhuǎn)角傳感器。
TAS的扭矩檢測功能，其本質(zhì)上還是一個轉(zhuǎn)角傳感器，TAS與扭桿組裝在一起構(gòu)成扭矩傳感器總成，方向盤轉(zhuǎn)動時，扭桿與扭矩傳感器就出的上半部分與下半部分存在一個相對轉(zhuǎn)角差，TAS就是通過檢測這個相對轉(zhuǎn)角來測量方向盤力矩的。
在實際的應用中，還有TIS（Torque+Index Sensor）和TOS（Torque only Sensor）兩種，TIS只能提供扭矩信號和絕對轉(zhuǎn)角的過零信號脈沖，系統(tǒng)可以結(jié)合電機角度來得到方向盤角度；TOS只能提供扭矩信號。
TAS發(fā)展至今，大抵經(jīng)過了接觸式傳感器和非接觸式傳感器兩個階段，接觸式傳感器由于在其測量過程中，傳感元件之間一直存在滑動摩擦，因此在使用過程中容易受到磨損老化，出現(xiàn)測量信號不準確甚至報錯的情況出現(xiàn)。這種類型的傳感器已經(jīng)逐漸被淘汰。
TAS大抵可以分為如下幾類，下文將分別述之。
（1） 接觸式電位器扭矩轉(zhuǎn)角傳感器
接觸式傳感器主要代表有日系早期的扭矩傳感器和BI公司的第一代扭矩轉(zhuǎn)角傳感器。其感知元件均采用高精度的電位器，當扭桿旋轉(zhuǎn)過一定角度時，通過機械結(jié)構(gòu)巧妙的帶動電位器轉(zhuǎn)過對應的角度，通過電位器電阻的變化，達到測量角度的目的。
（2） 旋變式非接觸式TAS
旋變式的非接觸式TAS在日本的EPS供應商中應用比較多一些，其基本原理為定子上的線圈上提供一個正弦的勵磁電流，在氣隙中空間形成一個正弦分布的旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子線圈感應該磁場得到一個與勵磁同頻率但不同賦值和不同相位的正弦電壓信號，通過解析該感應電動勢可以得子轉(zhuǎn)子線圈的位置，從而得到測量扭桿偏轉(zhuǎn)角的目的。
（3） 霍爾式非接觸式扭矩傳感器
這一類的TAS是目前市場上用得最多的，市場占有量最大的廠家分別是海拉、法雷奧和博世。三家的傳感器雖然都是應用的霍爾效應，但在其信號產(chǎn)生機理和應用上卻有本質(zhì)的區(qū)別。
首先讓我們來看看什么是霍爾效應？
在與磁場垂直的N型半導體薄片上通以電流I，由于N型半導體的載流子為電子，因此電子將沿與電流相反的方向運動。由于洛侖磁力的作用，電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，一側(cè)形成電子累積，另一側(cè)形成正電荷累積，于是元件的橫向便形成了電場。該電場阻止電子繼續(xù)向側(cè)面偏移，當電子所受電場力與洛侖茲力相等時，電子的累積達到動態(tài)平衡。這時在兩端橫面之間建立的電場稱為霍爾電場 ，相應的電勢稱為霍爾電勢 。
通過以上的定義，顯然我們知道利用霍爾效應產(chǎn)生電勢，需要以下幾個條件：
磁場（可以是永磁體生磁，也可以是電生磁）
半導體薄片（芯片廠搞定）
半導體上通過一個電流
最后的結(jié)果是：
半導體上，與磁場和電流平面垂直的方向產(chǎn)生一個電勢，該電勢大小與磁場方向及電流大小有關(guān)。
3.1 BOSCH的TOS/TIS方案
傳感器由MU（永磁體單元）、FTU（磁場傳導單元）和SU（傳感單元三部分組成）。
其信號輸出類型又模擬量、PWM和PAS4協(xié)議、PSI5協(xié)議幾種類型。MU的磁性非常大，而為了獲得準確的扭矩精度，對MU、FTU以及SU之間的裝配間隔的要求也相當高，給小總成的安裝工藝帶來的問題比較多。
3.2 Valeo的TAS方案
Valeo的傳感器也是使用永磁體勵磁，但是只有永磁體和傳感單元兩個單元。跟Bosch的傳感器相比較，我們可以理解成valeo把FTU和SU做了集成化。
永磁體勵磁的TAS扭矩檢測原理如下圖所示：
（1）永磁體在圓周上均勻分步n對磁場N－S極（一般為8對），磁場在氣隙內(nèi)呈均勻正弦分步
（2）當永磁體和磁場傳導單元發(fā)生相對角位移時，磁場傳導單元所在位置的空間磁場發(fā)生相應變化
（3）Hall芯片感應磁場傳導單元所在位置的磁場，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號
為了檢測絕對轉(zhuǎn)角信號，valeo的ASU方案中在跟輸入軸上先增加了一副大的齒輪，然后又安裝了兩幅速比不一樣的AS齒輪和RS齒輪（下圖標注有BUG，請讀者自行找茬），其中AS齒輪與大齒輪的速比為360:144，RS齒輪與大齒輪的速比為360:2448.在該齒輪上安裝有兩個另外的永磁體，各有一片Hall芯片（無磁場傳導單元）來采集AS和RS的信號。
其信號特征見下：
3.3 Valeo的TAS方案
Hella TAS傳感器方案最大的創(chuàng)新在于：
完全拋棄永磁體，通過在PCB上的印制線路形成電感線圈，在線圈兩端施加電壓以后即在空中形成hall效應所需要的磁場
為了測量絕對角度，跟Valeo的方案比，只增加了一組齒輪
其檢測的機理為，兩個轉(zhuǎn)子分別檢測40°信號（以40°為周期）和20°信號（以20°為周期），每一個轉(zhuǎn)子實際上有三組相位互差120°的線圈，三組線圈同時接入感知芯片中。
減速齒輪與valeo的方案相似，輸出PWM信號，PWM 【min max】對應轉(zhuǎn)角【-738° 738°】。
上圖為Hella傳感器SENT版本的信號框圖，兩路通過SENT信號發(fā)送給ECU的信號是20°傳感器和40°傳感器所感測到的絕對轉(zhuǎn)角信號，還需要在ECU內(nèi)部通過一定的算法將兩個絕對轉(zhuǎn)角信號做同步處理及冗余校驗后相減才能得到相對轉(zhuǎn)角信號-即扭桿偏轉(zhuǎn)角。
同時，Hella提供的傳感器扭矩信號還有PWM版本，即把同步處理和冗余校驗的工作放在傳感器內(nèi)部完成了，無需ECU來做此工作。
通過上圖IC300得到的轉(zhuǎn)角分辨率非常低，因此這個角度一般來說只用來：
計算初始角度
冗余校驗
在其它兩路信號失效的情況下提供一個DEGRADED ANGLE。
獲得初始角度以后，一般來說都是用40°轉(zhuǎn)子所提供的信號來求解分辨率更高的方向盤角度信號。
（4） 其它類型的傳感器，譬如光耦、巨磁等，要么已經(jīng)退出歷史舞臺，要么屬于極其小眾型的傳感器，在此不再贅述。
作者：JACK
電子電器好課(點擊標題查看）
《整車網(wǎng)絡和ECU診斷實例講解》
