一、扭矩傳感器概述

扭矩傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的扭矩信息，其作用是將扭矩相關(guān)的自然信號轉(zhuǎn)換成電信號或其它所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

二、扭矩傳感器的工作原理

1、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的原理

在汽車轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)矩傳感器會感覺到轉(zhuǎn)向盤的力矩和擬轉(zhuǎn)動的方向，這些信號會通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電子控制單元，電控單元會根據(jù)傳動力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號，向電動機(jī)控制器發(fā)出動作指令，電動機(jī)會根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動力矩。

2、靜態(tài)扭矩傳感器原理（電阻應(yīng)變原理）

靜態(tài)扭矩傳感器根據(jù)電阻應(yīng)變原理把扭轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的電信號。靜態(tài)是指傳感器的測量彈性體不參與相對運動。從受力理解，這類測試是測試彈性體相對受的反作用力。靜態(tài)扭矩傳感器旋轉(zhuǎn)不能超過360度，一般用來測試扭矩緩慢變動的場合，采樣速度一般低于50次每秒，如測試手動扭矩扳手，變速器的靜載扭矩等。

3、動態(tài)扭矩傳感器原理（應(yīng)變電測技術(shù)）

動態(tài)扭矩傳感器可以測得該彈性軸受扭的電信號，是采用應(yīng)變電測技術(shù)，在彈性軸上組成應(yīng)變橋，從而向應(yīng)變橋提供電源。將信號放大后，經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)化，變成與應(yīng)變成正比的頻率信號。一般用來測試扭矩劇烈變動的場合，需要實施撲捉扭矩或扭矩峰值，如擰緊機(jī)、電動扳手、電機(jī)輸出扭矩、發(fā)動機(jī)輸出扭矩、鉆桿扭矩等。

4、非接觸式扭矩傳感器原理

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?；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。由于采用非接觸的工作方式，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。

5、應(yīng)變片扭矩傳感器原理（應(yīng)變電測技術(shù)）

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)殡娦盘柕淖兓瘡亩鴮崿F(xiàn)扭矩測量。傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。其特點是分辨能力高、誤差較小、測量范圍大、價格低廉，便于選擇和大量使用。

6、相位差式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器原理（磁電相位差式轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)）

相位差時扭轉(zhuǎn)傳感器就是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器，它的原理就是根據(jù)磁電相位差式轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)，在彈性軸的兩端安裝兩組齒數(shù)、形狀及安裝角完全相同的齒輪，齒輪外側(cè)安裝接近傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時，兩組傳感器的波形產(chǎn)生相位差，從而計算出扭矩。它的特點主要是實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞，檢測的信號是數(shù)字信號，轉(zhuǎn)速較高。但是這種扭矩傳感器體積較大，低轉(zhuǎn)速時的性能不理想，因此應(yīng)用已不是很廣泛。

三、扭矩傳感器的分類

1、按測量狀態(tài)分

靜態(tài)扭矩傳感器：如上述，適用于扭矩緩慢變動場合，旋轉(zhuǎn)不超360度，采樣速度低，依據(jù)電阻應(yīng)變原理工作。

動態(tài)扭矩傳感器：可用于扭矩劇烈變動場合，能捕捉扭矩或扭矩峰值，采用應(yīng)變電測技術(shù)等工作原理。

2、按工作方式分

非接觸式扭矩傳感器：輸入輸出軸通過扭桿連接，通過花鍵和鍵槽相對位置變化引起磁感強(qiáng)度改變，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電壓信號來測量扭矩，具有壽命長等優(yōu)點。

應(yīng)變片扭矩傳感器：在彈性軸上粘貼應(yīng)變計組成測量電橋，利用應(yīng)變電測技術(shù)實現(xiàn)扭矩測量，有分辨能力高、誤差小等特點。

相位差式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器：基于磁電相位差式轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)，通過彈性軸兩端齒輪和接近傳感器產(chǎn)生的波形相位差計算扭矩，信號為數(shù)字信號，但存在體積大、低轉(zhuǎn)速性能不理想的問題。

四、扭矩傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

1、旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備檢測方面

用于電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率的檢測。

2、機(jī)械裝置檢測方面

可對風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪箱、扭力板手的扭矩及功率進(jìn)行檢測，也應(yīng)用于鐵路機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山機(jī)械中的扭矩及功率的檢測。

3、其他領(lǐng)域

可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測，用于制造粘度計，在過程工業(yè)和流程工業(yè)中也有應(yīng)用，還可以應(yīng)用于實驗室，測試部門以及生產(chǎn)監(jiān)控和質(zhì)量控制等。

五、扭矩傳感器的選型指南

1、根據(jù)被測對象轉(zhuǎn)矩類型

如果測量對象是動態(tài)轉(zhuǎn)矩，例如測量電機(jī)的起動曲線、停止曲線以及各種工況的變化過程情況，應(yīng)選擇具有模擬量輸出口，可以輸出模擬量的測量儀。

2、根據(jù)使用場合的工況條件

在試驗室場合使用，盡量選用精度較高的轉(zhuǎn)矩儀，精度等級不應(yīng)該低于0.5級或1級；如果使用場合是工業(yè)現(xiàn)場，則必須選用可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單的轉(zhuǎn)矩儀，而精度不要求太高，精確度等級一般為1級、2級、3級即可。

3、根據(jù)被測對象的結(jié)構(gòu)特點及測試部位

盡量使用不介入式傳感器，在測量場合可以不斷開軸系。如果使用介入式傳感器，必須斷開軸系，彈性軸作為機(jī)器的一個部件介入整個傳動系統(tǒng)中，使用不方便。

4、根據(jù)被測對象的轉(zhuǎn)速情況及額定轉(zhuǎn)矩值

盡量使用非接觸式信號傳輸方式。接觸式傳輸使用較多的滑環(huán)式，滑環(huán)容易磨損、需要經(jīng)常清洗、安裝困難、信號測量準(zhǔn)確性不高，而且測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時允許的測量速度受到很大限制。測量對象轉(zhuǎn)速較高時，必須使用無接觸式轉(zhuǎn)矩儀。另外，在轉(zhuǎn)矩傳感器量程的選擇方面，考慮到傳感器的精確度是按滿量程計算的，因此傳感器的量程對于被測的額定轉(zhuǎn)矩而言，既不能太大，以免實際測量時測量誤差太大；另一方面，傳感器的量程對被測對象而言，必須有充足的裕度。如果被測轉(zhuǎn)矩有弦振現(xiàn)象，即在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩上疊加弦振轉(zhuǎn)矩幅值，則傳感器的量程不大于被測轉(zhuǎn)矩的1.5倍；若測量的是動態(tài)轉(zhuǎn)矩，所選的傳感器量程一般應(yīng)是額定轉(zhuǎn)矩的2倍以上。