Namisoft盤點電機扭矩的測量方法有哪些

　　　一、平衡力法

　　處于勻速工作狀態的傳動機械構件，其主軸和機體上一定同時存在一對扭矩 T 和 T′，并且二者大小相等、方向相反。通過測量機體上的 T′來測量主軸上 T 的方法稱為平衡力法。設 F 為力臂上的作用力，L 為力臂長度，則 T′=LF。通過測量作用力F和力臂L即可得出 T′和 T。平衡力法的優點是不存在傳遞扭矩信號的問題，力臂上的作用力 F容易測得；缺點是測量范圍僅局限為勻速工作狀態，無法完成動態扭矩的測量。

　　傳遞法利用傳遞扭矩時彈性元件的物理參數會發生某種程度的變化。利用這種變化與扭矩的對應關系來測量扭矩。按照不同的物理參數，可將傳遞法進一步劃分為磁彈性式、應變式、振弦式、光電式等，目前傳遞法在扭矩測量領域應用最為廣泛。

　

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　　圖1 傳遞法分類

　　1.光電式扭矩測量法

　　將開孔數完全相同的兩片圓盤形光柵固定在轉軸上，并將光電元件和固定光源分別固定在光柵兩側，轉軸無扭矩作用時兩片光柵的明暗條紋錯開，完全遮擋光路，無光線照到光敏元件上不輸出電信號;有扭矩作用時兩個圓盤形光柵的截面產生相對轉角，明暗條紋部分重合，部分光線透過光柵照到光敏元件上，輸出電信號。扭矩值越大扭轉角越大，照到光敏元件上的光線強度越大，輸出電信號也就越大，通過測量輸出的電信號能夠測得外加扭矩的大小。

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　　圖2 光電式扭矩測量原理

　　該方法的優點是響應速度快，能實現扭矩的實時監測;其缺點是結構復雜、靜標困難、可靠性較差、抗干擾能力差，測量精度受溫度變化的影響較大。該方法不適用于剛啟動和低轉速軸的扭矩測量。

　　在彈性軸上安裝兩個相同的齒輪，磁芯和線圈組成信號采集系統，齒頂與磁芯之間預留出微小間隙，當軸轉動時，兩個線圈中分別感應出兩個交變電動勢，而且交變電動勢僅與兩個齒輪的磁芯相對位置和相交位置有關，通過檢測電動勢的大小即可得到相應的扭矩值。

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　　圖3 磁電式扭矩測量原理

　　該方法優點是精度高，成本較低，性能可靠，其為非接觸測量，即不需要電源和中間傳輸環節;其缺點是結構復雜，頻響有限，難以制造，響應時間較長，相應的傳感器尺寸和質量較大，低速時信號小而高速時動平衡困難。磁電式扭矩測量法適用于測量能夠產生較大轉角位移的扭矩，能夠測量啟動和低速轉矩。由于其動態特性不好，所以不適于高速轉動軸的扭矩測量。

　　3.振弦式扭矩測量法

　　利用振動弦固有頻率與張力間的函數關系，將力轉換成電量，先測出電量值轉換成力的大小，再計算出相應扭矩值。

　　

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　　圖4 振弦式扭矩測量原理圖

　　優點是可以直接利用傳動軸作為扭軸進行測量;采用頻率信號傳輸方式，抗干擾性能好;傳感器部分與測力軸分開，便于在船舶或車輛上進行測量;其缺點是結構復雜、靈敏度較低、測量準確度較低、對彈性軸的彈性變形要求高。該法適用于大型轉軸的扭矩測量而不適用于高速轉軸的測量。

　　磁彈性式扭矩測量法是指利用鐵磁材料及其他合金材料的磁彈性效應來實現扭矩測量的一種方法，在磁場中對鐵磁材質的彈性軸施加扭矩，磁導率的變化將反映出鐵磁材料磁化強度的變化，因此可以通過測量磁導率的變化來獲得扭矩信號。

　　該方法優點是靈敏度高、穩定性好、非接觸測量、輸出功率大、響應速度快、過載能力好、安裝使用方便、抗干擾能力強、結構與電路簡單、能在惡劣環境下工作。缺點是存在“圓弧調制”誤差，使其應用受到限制;沿扭軸圓周分布的磁導率存在固有偏差，其測量準確度比較低，測得的只是磁致伸縮層材料的應力值，與所需扭矩值尚存在誤差。磁彈性式扭矩測量法被廣泛應用于船舶動力裝置、軋鋼、石油鉆機及數控機車等領域。

　　5.應變式扭矩測量法

　　扭矩會使傳動軸產生一定的應變，而且這種應變與扭矩的大小存在著比例關系，因此可以通過電阻應變片來檢測相應扭矩的大小。當傳動軸受到扭矩作用時會發生扭轉變形，最大剪應變產生在與軸線成 45°角的方向上，在此方向上粘貼電阻應變片能夠檢測到傳動軸所受扭矩的大小。工作原理如下圖所示：

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　　圖5 應變式扭矩測量原理

　　應變式扭矩測量法的優點是結構簡單、靈敏度高、適應性強、成本低廉、操作簡便、技術成熟、應用范圍廣、測量精度高、響應速度快、性能穩定可靠、溫度補償性能好、能適應惡劣環境;其缺點是濕度、溫度、粘結劑等因素都會影響到測量的準確度，而且抗干擾能力差，這種方法不適用于高速轉軸的扭矩測量。

　　三、能量轉換法

　　能量轉換法是指根據能量守恒定律通過測量熱能、電能等其它參數來間接測量扭矩，對電機的電壓、電流、功率、轉速等參數都能準確測量，并且扭矩測量時不需要額外的聯軸器，降低了現場操作難度。