扭矩傳感器

扭矩可以分為兩大類，靜態(tài)扭矩或動態(tài)扭矩。用于測量扭矩的方法可以被 進一步分為兩類，反扭矩和聯(lián)機扭矩測量。被測扭矩的類型以及現(xiàn)有各類傳感 器，對所測的數(shù)據(jù)精度及測量的成本有重要影響。

1. “靜態(tài)”扭矩

這個靜態(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。常見的是一端固定，另一端受力的軸。 也有某些特殊的設(shè)計能夠以靜態(tài)的方式測量動態(tài)的扭矩，比如測試電機扭矩的 扭矩臺，電機固定在一個臺架上，電機運行中對臺架產(chǎn)生的反作用力被檢測并 還原為扭矩。

2. 動態(tài)扭矩

動態(tài)扭矩的測量彈性體一般會參與相對運動（主要是轉(zhuǎn)動）。因為有相對運動， 所以整體設(shè)計上對引線/信號處理以及機械連接方式要求較高。一般采用軸-軸聯(lián) 軸器或法蘭-法蘭彈性連接器。

反扭矩與聯(lián)機扭矩的比較

通過在扭矩支撐零件之間插入一種扭矩傳感器，可以做聯(lián)機扭矩測量，非常類似 于在套筒和套筒扳手之間插入延長桿。旋轉(zhuǎn)套筒所需要的扭矩直接由套筒延長桿 支

撐。該方法容許扭矩傳感器被放置在盡可能與感興趣的扭矩靠近的地方，并避 免可能出現(xiàn)的測量誤差，如寄生扭矩(軸承等等)、無關(guān)負載和具有大的旋轉(zhuǎn)慣性 的零件(會阻尼動態(tài)扭矩)。

2.反扭矩

反扭矩傳感器利用了牛頓第三定律： ‘兩個物體之間的作用力與反作用力總是大 小相等而方向相反。為了測量電動機產(chǎn)生的扭矩，我們可能采用如上所述的聯(lián) 機測量方法，或我們可能測量需要多大的扭矩才能阻止電動機的旋轉(zhuǎn)，通常稱為 反扭矩 。

扭矩傳感器的分類

按連接方式可分為： 軸式 法蘭式 擰緊式

按信號/能源的傳遞方式不同動態(tài)的扭矩測試產(chǎn)品又分為以下幾種：

A.集流環(huán)式

B.旋轉(zhuǎn)變壓器式（耦合式）

C.紅外線(IR)式

D.調(diào)頻發(fā)射機式

按檢測方法分扭矩傳感器可分為以下幾種：

1.壓磁式扭矩傳感器

2.磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

3.光電式扭矩傳感器

4.數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器

軸式扭矩傳感器 法蘭式扭矩傳感器

A.集流環(huán)(slipring)

集流環(huán)又稱集電環(huán)，或稱旋轉(zhuǎn)電氣接口、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、匯流環(huán)、滑環(huán)，實現(xiàn) 兩個相對轉(zhuǎn)動機構(gòu)的信號及電流傳遞的精密輸電裝置。是開展以應(yīng)變片測量技 術(shù)為基礎(chǔ)的非電量電測的重要器件。特別適合應(yīng)用在需要無限制的，連續(xù)或斷 續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場所。

在旋轉(zhuǎn)的傳感器和固定的電子部件之間建立連接，最常見的方法是采用集流環(huán) (slipring)。它由一組跟傳感器一起旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)電環(huán)、一連串與導(dǎo)電環(huán)接觸的導(dǎo)電刷和 發(fā)送傳感器信號的(電極)構(gòu)成。 滑環(huán)是一種在各種應(yīng)用中獲得廣泛應(yīng)用、性能良好和經(jīng)濟的解決方案。相對而言， 這種直截了當(dāng)?shù)臏y量方法缺點很少，是一種在大多數(shù)應(yīng)用中經(jīng)受了時間考驗的方案。 但是，導(dǎo)電刷和不太寬的導(dǎo)電環(huán)是消耗品，壽命有限，不適用于長期測試之用，也 不適用于要定期保養(yǎng)的應(yīng)用。

在中低速(旋轉(zhuǎn)的情形下)，導(dǎo)電環(huán)和導(dǎo)電刷之 間的電氣連接相對而言沒有噪聲，然而，在 較高速(旋轉(zhuǎn)引起)的噪聲將嚴重降低它們的性 能?；h(huán)的******旋轉(zhuǎn)速度(rpm)由導(dǎo)電刷/導(dǎo)電 環(huán)接觸表面的速度決定。因此，對于較大的、 典型的(具有)較高扭矩力的傳感器，由于滑環(huán) 的直徑較大，因而在給定的rpm條件下表面速 度就較高，從而導(dǎo)致******工作速度較低。 對于力的大小為中等的扭矩傳感器，典型的 ******速度在5,000 rpm范圍內(nèi)。導(dǎo)電刷/導(dǎo)電環(huán) 界面的拖曳力矩可能引起問題，特別是對非 常小的扭矩力進行測量或應(yīng)用，驅(qū)動扭矩遇 到的麻煩可能是無法克服導(dǎo)電刷的拖曳力矩。

工作原理：軸套（軸）隨被測量軸一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)用電阻應(yīng)變片測量轉(zhuǎn)軸上所承受的扭 矩，及其它負荷引起的應(yīng)力等，可在被測軸上貼上電阻應(yīng)變片、電阻應(yīng)變片的引線焊 在集流環(huán)接線盤的焊點上，旋轉(zhuǎn)時，軸受扭力，就會產(chǎn)生扭力及變形，使貼于其上電 阻發(fā)生變化，能過滑環(huán)及電刷將變化有信號引出，送至相應(yīng)的二次儀表放大，顯示或 記錄。這樣就可以測出被測軸所受扭矩等的信號大小。

1、2、3-加速度傳感器；4-集流環(huán)；5-滾輪；6-碳刷架；7-機架

缺點是因為屬于摩擦不能承受很高的轉(zhuǎn)速，即是采用空氣降溫或液體降溫（目 前氟里昂在西方國家已被禁用）。摩擦造成信號噪音會隨著使用增加。單集流 環(huán)的優(yōu)點也是別的產(chǎn)品很難替代的，首先是它的高響應(yīng)速度/數(shù)據(jù)傳輸速度， 因為是模擬方式集流環(huán)不存在信號的延遲或使響應(yīng)問題，某些高動態(tài)試驗只能 靠集流環(huán)。

B.旋轉(zhuǎn)變壓器式（耦合式）

為了克服滑環(huán)的一些缺點，人們設(shè)計出了旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。它利用旋轉(zhuǎn) 變壓器，把電能傳輸給正在旋轉(zhuǎn)的傳感器。外部儀器通過激勵變壓器把一個 交流激勵電壓提供給應(yīng)變計橋。傳感器的應(yīng)變計橋然后驅(qū)動次級旋轉(zhuǎn)變壓器 線圈，以便從旋轉(zhuǎn)的傳感器取出扭矩信號。通過取消滑環(huán)的導(dǎo)電刷和導(dǎo)電環(huán)， 易于磨損的問題消失了，使旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)適合于長期測試應(yīng)用。

圖4：旋轉(zhuǎn)變壓器改善性能

由滑環(huán)中導(dǎo)電刷裝配引起的寄生拖曳力矩也 消失了。然而，由于需要軸承且變壓器芯易 碎，******旋轉(zhuǎn)速度仍然受到限制，僅僅比滑 環(huán)方案好一點。變壓器初級和次級的對準會 引入噪聲和誤差，系統(tǒng)也容易受到兩者的影 響。因為旋轉(zhuǎn)變壓器存在特殊的要求，還需 要專用信號調(diào)理(電路)，以便產(chǎn)生大多數(shù)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)可接收的信號，從而進一步增加 已經(jīng)比典型的滑環(huán)零件更貴的系統(tǒng)成本。

C.紅外線(IR)式

跟旋轉(zhuǎn)變壓器一樣，紅外線(IR)扭矩傳感器采用不接觸方法，從旋轉(zhuǎn)的傳感器把 扭矩信號取回到固定的世界。相似地，利用旋轉(zhuǎn)變壓器耦合，電源被傳輸?shù)叫?轉(zhuǎn)傳感器。然而，與其被直接用于激勵應(yīng)變計橋，不如被用于為旋轉(zhuǎn)的傳感器 供電。該電路把激勵電壓提供給傳感器的應(yīng)變計橋，并把傳感器的輸出信號數(shù) 字化。

D.調(diào)頻發(fā)射機

另外一種在旋轉(zhuǎn)傳感器與固定世界之間建立連接的方法是采用調(diào)頻(FM)發(fā)射機。 這些發(fā)射機被用于把任意傳感器遙控—無論是力傳感器還是扭矩傳感器—連接到 遠端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；發(fā)射機把傳感器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并發(fā)送到一臺FM 接收機；而FM接收機把接收到的信號轉(zhuǎn)換回模擬電壓。

對于扭矩應(yīng)用，它們通常被用于一 種專業(yè)的傳感器，如當(dāng)應(yīng)變計被直接應(yīng) 用到驅(qū)動軸中零件的時候，例如，這可 能是車輛的傳動軸或半軸。發(fā)射機提供 的好處是便于安裝在零件上，正如它通 常就被夾帶計量軸一樣，并且它可重新 被用于多定制傳感器。旋轉(zhuǎn)的傳感器確 實存在需要電源供電的缺點，典型值為 9V，從而使之不適用于長期測試。 目前衍生出兩類產(chǎn)品，一類是HBM為 代表的環(huán)形黃銅天線射頻，依靠射頻信 號傳遞信號和能源到旋轉(zhuǎn)的彈性體，另 一類是美國LEBOW的數(shù)字式方式，將 測試信號數(shù)字化后再用射頻輸出，采用弧形天線。這兩類目前是測功機以及各種大 型扭矩測試的主流產(chǎn)品。數(shù)字方式更靈活，可以壓縮數(shù)據(jù)以便提高數(shù)據(jù)傳輸速率， 可以多通道并行。缺點是目前對高頻響數(shù)字方式還有很大的局限。

1.壓磁式扭矩傳感器

工作原理： 鐵磁材料的轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時，導(dǎo)磁率發(fā)生變化。

上圖( 壓磁式扭矩傳感器) 中，分別繞有線圈A和B，其中A-A沿軸線，B-B沿垂直于軸線放置，彼此互相 垂直。兩個鐵芯的開口端與轉(zhuǎn)軸表面保持1-2mm空隙，當(dāng)A-A線圈通入交流電， 形成通過轉(zhuǎn)軸的交變磁場。 當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時，磁力線和B-B線圈不交鏈；轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時，轉(zhuǎn)軸材 料導(dǎo)磁率變化，沿正應(yīng)力方向磁阻減小，沿負應(yīng)力方向磁阻增大，從而使磁力 線分布改變，使部分磁力線與B-B線圈交鏈，并在B-B線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感 應(yīng)電勢隨扭矩增大而增大，并在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。 為提高壓磁式扭矩傳感器的測試精度和靈敏度,設(shè)計了一種三磁極差動式壓 磁扭矩傳感器,論述了這種傳感器的工作原理并導(dǎo)出了其感應(yīng)電壓輸出方程和 電流靈敏度計算式.通過試驗,分析了傳感器勵磁電流強度、頻率以及測試磁隙 等對其輸出特性的影響,也證明了這種傳感器比傳統(tǒng)交叉鐵心壓磁式扭矩傳感 器有更高的測試精度和靈敏度.

2.磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

如左圖( 磁電感應(yīng)式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸上 固定兩個齒輪1和2，它們的材質(zhì)、尺寸、齒形和 齒數(shù)均相同。******磁鐵和線圈組成的磁電式檢測 頭3和4對著齒頂安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時，兩線 圈輸出信號相同，相位差為零。轉(zhuǎn)軸承受扭矩后， 相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對 扭轉(zhuǎn)角的增加而加大，其大小與相對扭轉(zhuǎn)角、扭 矩成正比。 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。

3.光電式扭矩傳感器

光電式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩只圓盤光柵，通過兩光柵之 間相對扭轉(zhuǎn)角來測量扭矩。

如左圖(光電式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸4上固 定兩只圓盤光柵3，在不承受扭矩時，兩光柵的 明暗區(qū)正好互相遮擋，光源1的光線沒有透過光 柵照射到光敏元件2，無輸出信號。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭 矩后，轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)角，部 份光線透過光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信 號。扭矩愈大，扭轉(zhuǎn)角愈大，穿過光柵的光通 量愈大，輸出信號愈大，從而可實現(xiàn)扭矩測量。

4.數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器

扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)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(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上，并組 成應(yīng)變橋，若向應(yīng)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。 (見左圖)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(yīng) 變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)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(dǎo)電滑環(huán)來 完成。

由于導(dǎo)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(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。及由于接觸不可靠引起信號波動，因而 造成測量誤差大甚至測量不成功。為了克服導(dǎo)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(yīng)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(yīng)是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池。該方法即為遙測扭矩儀。 (見 下圖)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，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；其二：由于是電池供電，所以只能 短期使用。其三：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(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)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)。

數(shù)字式應(yīng)變片扭矩傳感器特點

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，也可以測量動態(tài)扭矩；

3. 檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強；

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)速長時間運行；

7. 傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理；

8. 測量彈性體強度大可承受100%的過載。

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。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變 成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特 殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部 分) 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)形變壓器的次級線圈，(2)信號環(huán)形變壓器初級線圈，(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 號輸出電路。在傳感器的外殼上固定著(1)激磁電路，(2)能源環(huán)形變壓器的初級線 圈(輸入)，(3) 信號環(huán)形變壓器次級線圈(輸出)，(4)信號處理電路。

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 初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，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，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與 雙運放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，應(yīng)變橋 檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v ± 1v的強信號， 再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級 線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可 得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平,既可提供給專用 二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動－－靜環(huán)之 間只有零點幾毫米的間隙，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，因此具有很強的抗干擾能力。 傳感器輸出的頻率信號在零點時為 10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時為15KHz.反向旋轉(zhuǎn) 滿量程時為5KHz。即滿量程變量為5000個數(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個脈沖，高速或中速采樣時可以用 測頻的方法，低速采樣時可以用測周期的方法。本傳感器精度可達 ± 0.2%～ ± 0.5%（F · S）。由于傳感器輸出為頻率信號，所以無需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計 算機進行數(shù)據(jù)處理。

應(yīng)用范圍

1. 檢測發(fā)電機，電動機 ，內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率。

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

3. 檢測各種機械加工中心，自動機床的工作過程中的扭矩

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

5. 檢測扭矩的同時可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力。

6. 可用于制造粘度計，電動(氣動，液力)扭力扳手

目前傳感器主要發(fā)展動向為：

1. 傳感器從介入式發(fā)展成不介入式。以往扭矩傳感器大部分屬于介入式，即必須 作為傳動軸一部分才能使用，這樣限制了它的應(yīng)用范圍，一般用于實驗室、臺 架測量?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器， 只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊，無須斷開軸系，這樣給實際工況測量扭 矩帶來很大的方便。再如振弦式傳感器、磁彈性傳感器都屬于不介入式扭矩傳 感器。

2. 對新型扭矩傳感器的研究的同時并對經(jīng)典扭矩傳感器加以改進。隨著新原理、 新材料的發(fā)現(xiàn)和微細加工、微機械加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在促進傳統(tǒng)傳感 器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，代表扭 矩傳感器的新動向。 磁電型相位差傳感器是一種比較成熟的傳感器，現(xiàn)經(jīng)改型 成為不帶輔助電機的磁電型傳感器，不但減輕了重量、縮小了體積、降低了成 本，而且耐振性能好。 微扭矩測量傳感器的研究。隨著家用電器的迅速發(fā)展，如電風(fēng)扇、微電機、縫 紉機、剃須刀、電冰箱、洗衣機甚至開關(guān)都要測量扭矩，急待解決g · cm級的 扭矩測量，新傳感器的研制將成為解決這一問題的關(guān)鍵。 在信號傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常 清洗、安裝難，容易引入干擾信號。近期推出的傳感器一般均為無接觸式傳輸。

如感應(yīng)方式或遙測體制，它克服了接觸式傳輸?shù)娜秉c。隨著檢測變換集成化和多 功能化，將過去先檢測傳輸、后對信號進行變換處理的概念演變?yōu)橄葯z測變換處 理，后再進行傳輸，這一變更已成為可能。 扭矩測量儀的智能化、微機化是當(dāng) 今測量儀變革的主流，單片微機和軟件的開發(fā)應(yīng)用已使信號的檢測、采集、比較、 相關(guān)、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運算、程序給定和反饋控制等功能由儀 器本身來實現(xiàn)成為可能。軟件擴展了結(jié)構(gòu)的性能限制，并使儀器具有智能化。 既能適應(yīng)被測參數(shù)的變化來自選量程、自動補償、自動校正、人機對話、自尋故 障，并能方便的與總線接口，進行多臺聯(lián)機通信及控制。 在扭矩傳感器信號傳 輸及測量儀的總成上，工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來愈高，一改以往扭矩測量儀 多半應(yīng)用于實驗室臺架測量的情景。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè) 應(yīng)用環(huán)境，即可靠性要高，重復(fù)性要好，價格要低廉，與機器匹配，安裝方便， 但精度要求不高，用其作為指導(dǎo)生產(chǎn)、保護機械不受損傷的有效手段。

國內(nèi)外扭矩測量儀的現(xiàn)況

1. 國外扭矩測量儀現(xiàn)狀 美國阿克來克斯公司(Acurex co.)中的一個分公司WDC(無線數(shù)據(jù)傳輸公司)，自 70年代起，生產(chǎn)“通用海上試驗功率測試系統(tǒng)”(Universal Sea Trial Power Measurement System)，顯示板上可顯示被測主機的扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。此類儀 器的扭矩測量是采用卡環(huán)式應(yīng)變傳感器敏感被測軸的扭轉(zhuǎn)變形角，變形量與扭矩 成正比。量程范圍為0～2×106N·m，測量精度為±1％F.S.，轉(zhuǎn)速測量是采用紅 外線測速法，精度為±0.25％F.S.，平均無故障時間MTBF為4200h。

美國的陶太克(TORODUCTOR)公司生產(chǎn)無接觸式磁彈性扭矩儀；美國麻省 理工學(xué)院研制成抗干擾性強的光纖扭矩傳感器。這些都代表著世界新潮流。 日本 小野測試社擅長制造磁電式相位差扭矩測量儀，首期產(chǎn)品多半用于實驗室，適用 于精測扭矩。其量程范圍較寬，小量程為0.2～10N·m，中大量程為10～ 10×106N·m，已成系列產(chǎn)品，精度可達0.5％～1％F.S.。

20世紀80年代初，小野測試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機扭矩測量 儀MS25B，可測扭矩(5×105 N·m，精度±0.8%F.S.)、轉(zhuǎn)速(214.7r/min，精度 ±0.1r/min)和功率(1500ps)。

德國馬霍克(Mc.huk)公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭矩測量儀聞名世界。該 儀器是利用軸扭轉(zhuǎn)時致使傳感器中的鋼弦拉緊或放松，從而使鋼弦自身頻率變化 測得扭矩；數(shù)據(jù)傳輸方式有滑環(huán)式和感應(yīng)式。其生產(chǎn)的MDS820產(chǎn)品，被測軸頸 范圍為?50～?1000mm，已形成系列產(chǎn)品。

德國的HBM公司(Hoffinger Baldwin Mesefechmik Gmhm)生產(chǎn)電阻應(yīng)變式扭 矩測量儀，采用弧齒聯(lián)軸節(jié)，以消除不同軸度帶來的測量誤差，獨具風(fēng)格。 生產(chǎn) 電阻應(yīng)變式扭矩儀的還有英國霍佛科公司(Hover-Krafe)和荷蘭的A.V.D公司，它 們在艦船監(jiān)測上都已亮相。

2. 國內(nèi)扭矩測量儀的發(fā)展 國內(nèi)扭矩測量技術(shù)的研究和扭矩測量儀的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測量儀的類別、 數(shù)量和質(zhì)量來看，絕大部分式電阻應(yīng)變式和磁電式扭矩儀。 電阻應(yīng)變式扭矩測量 儀是拾取粘貼在受扭軸上的電阻應(yīng)變片的阻值變化來測量扭矩的，故無須斷開軸 系，而且測量儀表也可采用通用的電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變式傳感器的生產(chǎn)單位較 多，如北京機床研究所、中國船舶工業(yè)總公司701研究所，上海通用機械研究所， 成功的應(yīng)用于機床和各種動力軸的扭矩測量。在艦船、貨船主機扭矩測量上，中 國船舶工業(yè)總公司上海704研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應(yīng)變式扭矩傳感器，測量時只要 將卡環(huán)卡在軸上就可測量扭矩，測量儀表采用INTEL MCS-51單片機作為核心的 智能儀器，可同時測量扭矩轉(zhuǎn)速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、 越限報警等功能，集成度高，可靠性好。磁電式扭矩測量儀最早的研制單位是上 海電器科學(xué)研究所，供應(yīng)市場的是1000 N·m扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測盆 儀。隨后上海交通大學(xué)、中國船舶工業(yè)總公司上海704研究所、天津機械工程研 究所、上海第二電表廠、湘西儀表元件廠、哈爾濱東安機器廠、沈陽機電學(xué)院相 繼研制成磁電式扭矩測量儀，這種類型的扭矩儀是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的扭矩儀。

例如中國船舶工業(yè)總公司上海704研究所制造的20 -20KN·m扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和 數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測量儀，成功地應(yīng)用在地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機上?，F(xiàn)場的鉆探表演，獲 得美國、俄羅斯等31國參加聯(lián)合國亞太地區(qū)鉆機學(xué)術(shù)會議專家的好評。該所生 產(chǎn)的磁電式扭矩測量儀也可與上述的智能化測量儀連用，系統(tǒng)精度為0 .596 F.S.

振弦式扭矩測量儀較先研制的單位是中國船舶工業(yè)總公司702研究所，此 外還有中國船舶工業(yè)總公司上海708研究所、上海自動化儀表所、海通信工廠 等。

國內(nèi)研制成磁彈性時扭矩測量儀的單位有哈爾濱科技大學(xué)、天津電氣傳動 所、北京冶金設(shè)計院等