什么是扭矩傳感器？扭矩傳感器的使用及原理

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量扭矩（扭轉軸的力）的裝置，如圖 1 所示。

扭矩傳感器將扭矩施加到軸上時軸的微小扭轉轉換成扭矩并輸出和顯示。它用于各種需要扭矩測量的場合，例如生產線的扭矩管理和工業設備的性能評估。

根據產品的不同，它也可能被稱為扭矩計或扭矩計。關于名稱的正確使用沒有任何規則，但一般有以下用法：在本文中，無論如何使用，都會使用術語“扭矩傳感器"。

• 扭矩傳感器
  內置于電動自行車、機器人等中的測量裝置，利用檢測到的扭矩來控制電機和機器人。

• 扭矩計 測量
  螺絲刀等的緊固扭矩并通過顯示現場確認扭矩值的測量裝置。

• 扭矩計
  用于電機測試設備中評估電機扭矩的測量裝置。

扭矩傳感器的應用

使用扭矩傳感器的一個熟悉的例子是電動輔助自行車。電動助力自行車使用扭矩傳感器來檢測人施加在踏板上的力（扭矩）。電機根據扭矩提供必要的輔助力，減輕踏板的負擔。

扭矩傳感器常用的領域是工業應用。在工業應用中，它們主要用于質量控制以及測試和研究。

1. 質量控制

出于質量控制目的，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
  開始工作前，檢查生產線上使用的電動螺絲刀是否在正常范圍內運行。

2. 試驗研究

出于實驗研究目的，主要用于以下情況：

• 強度測量
  測試 測量材料和零件的扭轉強度。

• 電機性能評估
  通過向電機施加負載來評估性能的測量。

• 測量機器的旋轉扭矩
  測量輪轉印刷機等的滾筒扭矩，以確定機器的最佳操作條件。

扭矩傳感器原理

扭矩傳感器按以下順序檢測扭矩。

1. 扭轉力（扭矩）施加到軸上。

2. 扭矩會導致軸扭曲和應變。

3. 測量軸的扭轉/應變。

4. 根據測量值計算施加到軸上的扭矩。

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

扭矩傳感器的類型

測量軸扭轉和應變的方法有多種，但目前實際使用的扭矩傳感器常用以下四種方法。

1.應變式扭矩傳感器

圖 2. 應變計扭矩傳感器軸

該方法使用應變儀來測量軸上的應變。應變計是一種傳感器，用于測量電阻隨膨脹和收縮而變化的應變。如圖2所示，當向軸施加扭矩時，軸上會產生±45°方向的拉應力和壓應力。使用應變儀測量該應力方向上的應變。

2.電容式扭矩傳感器

該方法通過改變電容器的電容來測量軸應變。將兩個電極放置在軸上，當軸扭曲時，電極的位置發生變化，從而測量變化的電容。

與應變片式相比，這種方法結構更簡單，軸長度更短，廣泛應用于機器人扭矩傳感器。

3、磁致伸縮扭矩傳感器

該方法通過線圈電感的變化來測量軸向應變。當扭轉力施加到軸上時，磁導率（磁通通過的難易程度）會發生變化。這一原理稱為逆磁致伸縮效應。磁致伸縮扭矩傳感器具有放置在軸外部的線圈，并通過線圈的電感的變化來檢測軸的磁導率的變化。

磁致伸縮扭矩傳感器可以非接觸式測量扭矩，并具有以下優點：

• 可以測量電機和發動機等旋轉軸的扭矩。

• 由于無需將傳感器連接到軸上，因此可以在不犧牲軸強度的情況下測量扭矩。

4. 光學扭矩傳感器

該方法使用光學傳感器來測量軸應變。如果軸扭曲或變形，發射器和接收器的位置就會移動，導致接收到的光量出現差異。接收到的光量的差異被轉換為電信號并被檢測為扭矩。

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