FCA7300方向盤扭矩傳感器扭矩傳感器工作原理與應(yīng)用范圍

一、扭矩傳感器測量原理

將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋,向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號(hào)。將該應(yīng)變信號(hào)放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。本系統(tǒng)的能源輸入及信號(hào)輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實(shí)

現(xiàn)了無接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分)

二、特點(diǎn)

1.既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;

2.　既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動(dòng)態(tài)扭矩；

3.檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng);

4.體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用；

5.不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩;

6.沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時(shí)間運(yùn)行；

7．傳感器輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理；

8．測量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載。

三扭矩傳感器原理結(jié)構(gòu)

在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：(1)能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，(2)信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈，(3)軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號(hào)輸出電路。

在傳感器的外殼上固定著：

四工作過程

向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大

器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，

該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋

電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信

號(hào)，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、

整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)-

-靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

本傳感器輸出的頻率信號(hào)在零點(diǎn)時(shí)為10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為

5KHz。即滿量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個(gè)脈沖，高速或中速采樣時(shí)可以用測頻

的方法，低速采樣時(shí)可以用測周期的方法。本傳感器精度可達(dá)±0.2%～±0.5%（F"para" label-module="para">

算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

五扭距傳感器的應(yīng)用范圍

1.檢測各種機(jī)械加工中心，自動(dòng)機(jī)床的工作過程中的扭矩。

2.檢測減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。

3.檢測發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率。

4.各種旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率；

5.檢測扭矩的同時(shí)可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力。

6.可用于制造粘度計(jì)，電動(dòng)(氣動(dòng)，液力)扭力扳手。

7.制造扭矩測量儀,電批扭力計(jì),風(fēng)批扭力計(jì),瓶蓋扭力測試儀等檢測儀器

FCA7300方向盤扭矩傳感器適用于汽車設(shè)計(jì)和測試，實(shí)驗(yàn)室研究，元件測試，卡車、轎車、大巴方向盤測試、裝甲車防線盤測試

量程：10～200Nm

封裝：-

工作溫度范圍：-20℃～80℃

精確度：±0.1%

特點(diǎn)：FCA7300方向盤扭矩傳感器5路模擬輸出；扭矩，方向盤角度和角速度輸出；量程

電氣連接：插座

FCA7300方向盤扭矩傳感器應(yīng)用了若干種創(chuàng)新技術(shù)，包括：內(nèi)置信號(hào)調(diào)理電路，角度重置，扭矩校準(zhǔn)和發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的裝置；內(nèi)置光學(xué)編碼處理電路–無需外部TTL電路；五個(gè)同步模擬輸出信號(hào)：兩個(gè)扭矩通道，兩個(gè)角度通道和一個(gè)角速度通道；消除了扭矩測量時(shí)軸承摩擦的影響，從而允許低扭矩量程的高精度測量；FCA7300方向盤扭矩傳感器外形尺寸與標(biāo)準(zhǔn)方向盤相同；通過法蘭盤安裝至任何機(jī)動(dòng)車-無需拆卸轉(zhuǎn)向盤柱；可選±15°至±165°之間的轉(zhuǎn)向限位。

了解了扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)就能很好的選擇扭矩傳感器，比如測量動(dòng)態(tài)扭矩傳感器我們就不要去選擇法蘭結(jié)構(gòu)的扭矩傳感器，選擇靜態(tài)扭矩傳感器的時(shí)候再去考慮是選擇單法蘭扭矩傳感器還是雙法蘭扭矩傳感器，這樣就能縮小我們的選擇范圍，更好更快的選擇出適合我們的扭矩傳感器。

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(dāng)扭桿受方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，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?；ㄦI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(qiáng)度改變，磁感強(qiáng)度的變化，通過線圈轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。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(shí)、 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(yīng)變式、磁電式、光纖式和光電式傳感器。

應(yīng)變式非接觸傳感器利用了無線傳輸技術(shù)。隨著科技的進(jìn)步和無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，接觸式應(yīng)變片傳感器輸出信號(hào)所用的導(dǎo)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(dǎo)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(dòng)勢信號(hào)的相位差，從而達(dá)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(yīng)的兩處位置反射的光信號(hào)讀取后并計(jì)算出相位差，由此能算出相應(yīng)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(yīng)元件為核心部件。當(dāng)傳動(dòng)軸上加載扭矩時(shí)，由光源發(fā)出的光的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生相應(yīng)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(jì)算出扭矩值。

扭矩傳感器應(yīng)變片扭矩傳感器

應(yīng)變片傳感器扭矩測量采用應(yīng)變電測技術(shù)。在彈性軸上粘貼應(yīng)變計(jì)組成測量電橋，當(dāng)彈性軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化從而實(shí)現(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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。扭矩電信號(hào)由單片機(jī)控制的信號(hào)處理電路進(jìn)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(jìn)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(jī)，由LED顯示得到的扭矩?cái)?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(hào)處理部分、單片機(jī)和無線發(fā)射電路組成。扭矩傳感器將電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的應(yīng)變電信號(hào)傳送到信號(hào)處理電路。信號(hào)處理部分對傳感器模擬信號(hào)提取放大，并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。微處理器負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)各部分器件的工作，并對數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的編碼和處理，并用發(fā)射模塊發(fā)射出。實(shí)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(fēng)機(jī)、水泵試驗(yàn)及現(xiàn)場能效評(píng)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(jī)電式扭矩傳感器繁瑣、復(fù)雜、在很多現(xiàn)場環(huán)境下不易實(shí)現(xiàn)的安裝過程，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)效率的實(shí)時(shí)測量，監(jiān)測風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)在使用過程中各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，對研究風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的使用狀態(tài)提供了實(shí)時(shí)、真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)；避免了因機(jī)電式扭矩傳感器安裝不當(dāng)對試驗(yàn)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(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)的實(shí)時(shí)效率，為風(fēng)機(jī)、水泵機(jī)組節(jié)能提供了嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)評(píng)測手段。