什么是扭矩傳感器？

圖1 扭矩傳感器外觀

扭矩傳感器是一種測(cè)量扭矩（扭轉(zhuǎn)軸的力）的裝置，如圖 1 所示。

扭矩傳感器將扭矩施加到軸上時(shí)軸的微小扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成扭矩并輸出和顯示。它用于各種需要扭矩測(cè)量的場(chǎng)合，例如生產(chǎn)線的扭矩管理和工業(yè)設(shè)備的性能評(píng)估。

根據(jù)產(chǎn)品的不同，它也可能被稱(chēng)為扭矩計(jì)或扭矩計(jì)。關(guān)于名稱(chēng)的正確使用沒(méi)有任何規(guī)則，但一般有以下用法：在本文中，無(wú)論如何使用，都會(huì)使用術(shù)語(yǔ)“扭矩傳感器"。

• 扭矩傳感器
  內(nèi)置于電動(dòng)自行車(chē)、機(jī)器人等中的測(cè)量裝置，利用檢測(cè)到的扭矩來(lái)控制電機(jī)和機(jī)器人。

• 扭矩計(jì) 測(cè)量
  螺絲刀等的緊固扭矩并通過(guò)顯示現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)扭矩值的測(cè)量裝置。

• 扭矩計(jì)
  用于電機(jī)測(cè)試設(shè)備中評(píng)估電機(jī)扭矩的測(cè)量裝置。

扭矩傳感器的應(yīng)用

使用扭矩傳感器的一個(gè)熟悉的例子是電動(dòng)輔助自行車(chē)。電動(dòng)助力自行車(chē)使用扭矩傳感器來(lái)檢測(cè)人施加在踏板上的力（扭矩）。電機(jī)根據(jù)扭矩提供必要的輔助力，減輕踏板的負(fù)擔(dān)。

扭矩傳感器常用的領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用。在工業(yè)應(yīng)用中，它們主要用于質(zhì)量控制以及測(cè)試和研究。

1. 質(zhì)量控制

出于質(zhì)量控制目的，主要用于以下情況：

• 突擊檢查
  檢查所制造的容器的蓋子擰緊的程度。

• 定期檢查
  開(kāi)始工作前，檢查生產(chǎn)線上使用的電動(dòng)螺絲刀是否在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。

2. 試驗(yàn)研究

出于實(shí)驗(yàn)研究目的，主要用于以下情況：

• 強(qiáng)度測(cè)量
  測(cè)試 測(cè)量材料和零件的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

• 電機(jī)性能評(píng)估
  通過(guò)向電機(jī)施加負(fù)載來(lái)評(píng)估性能的測(cè)量。

• 測(cè)量機(jī)器的旋轉(zhuǎn)扭矩
  測(cè)量輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)等的滾筒扭矩，以確定機(jī)器的最佳操作條件。

扭矩傳感器原理

扭矩傳感器按以下順序檢測(cè)扭矩。

1. 扭轉(zhuǎn)力（扭矩）施加到軸上。

2. 扭矩會(huì)導(dǎo)致軸扭曲和應(yīng)變。

3. 測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)/應(yīng)變。

4. 根據(jù)測(cè)量值計(jì)算施加到軸上的扭矩。

軸的扭轉(zhuǎn)和扭曲被處理并作為電信號(hào)輸出。許多扭矩傳感器都配備了放大器，可放大電信號(hào)并將其輸出到易于使用 A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)量的值。有些扭矩傳感器配有顯示儀表，可以讓您現(xiàn)場(chǎng)直觀地檢查扭矩值。

扭矩傳感器的類(lèi)型

測(cè)量軸扭轉(zhuǎn)和應(yīng)變的方法有多種，但目前實(shí)際使用的扭矩傳感器常用以下四種方法。

1.應(yīng)變式扭矩傳感器

圖 2. 應(yīng)變計(jì)扭矩傳感器軸

該方法使用應(yīng)變儀來(lái)測(cè)量軸上的應(yīng)變。應(yīng)變計(jì)是一種傳感器，用于測(cè)量電阻隨膨脹和收縮而變化的應(yīng)變。如圖2所示，當(dāng)向軸施加扭矩時(shí)，軸上會(huì)產(chǎn)生±45°方向的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。使用應(yīng)變儀測(cè)量該應(yīng)力方向上的應(yīng)變。

2.電容式扭矩傳感器

該方法通過(guò)改變電容器的電容來(lái)測(cè)量軸應(yīng)變。將兩個(gè)電極放置在軸上，當(dāng)軸扭曲時(shí)，電極的位置發(fā)生變化，從而測(cè)量變化的電容。

與應(yīng)變片式相比，這種方法結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，軸長(zhǎng)度更短，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人扭矩傳感器。

3、磁致伸縮扭矩傳感器

該方法通過(guò)線圈電感的變化來(lái)測(cè)量軸向應(yīng)變。當(dāng)扭轉(zhuǎn)力施加到軸上時(shí)，磁導(dǎo)率（磁通通過(guò)的難易程度）會(huì)發(fā)生變化。這一原理稱(chēng)為逆磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮扭矩傳感器具有放置在軸外部的線圈，并通過(guò)線圈的電感的變化來(lái)檢測(cè)軸的磁導(dǎo)率的變化。

磁致伸縮扭矩傳感器可以非接觸式測(cè)量扭矩，并具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 可以測(cè)量電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。

• 由于無(wú)需將傳感器連接到軸上，因此可以在不犧牲軸強(qiáng)度的情況下測(cè)量扭矩。

4. 光學(xué)扭矩傳感器

該方法使用光學(xué)傳感器來(lái)測(cè)量軸應(yīng)變。如果軸扭曲或變形，發(fā)射器和接收器的位置就會(huì)移動(dòng)，導(dǎo)致接收到的光量出現(xiàn)差異。接收到的光量的差異被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并被檢測(cè)為扭矩。

有關(guān)扭矩傳感器的其他信息