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滑環(huán)動態(tài)扭矩傳感器的原理


扭矩傳感器是以電阻應(yīng)變計為電阻轉(zhuǎn)換元件的傳感器。電阻應(yīng)變計是基于金屬電阻絲的電阻-應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的一種物理想象。

扭矩傳感器傳感器的彈性體上粘貼有電阻應(yīng)變計并組成惠斯通電橋。給電橋通上激勵電壓,在扭矩的作用下,彈性體產(chǎn)生變形,應(yīng)變計由此產(chǎn)生電阻變化,從而使電橋發(fā)生不平衡,電橋輸出與扭矩呈線性關(guān)系的電壓信號。

扭矩傳感器扭矩測量采用應(yīng)變電測技術(shù)。在扭矩傳感器彈性軸上粘貼應(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。扭矩傳感器就完成如下的信息轉(zhuǎn)換: 扭矩傳感器由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。彈性軸是敏感元件,在45度和135度的方向上產(chǎn)生最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力,這個時候承受的主應(yīng)力和剪應(yīng)力相等,其計算公式為: 式中τ—主應(yīng)力,此時與σ相等Wp—軸截面極矩測量電橋可以采用半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片,并將它們接成差動全橋,其輸出電壓正比于扭轉(zhuǎn)軸所受的扭矩。 應(yīng)變片的電阻R1=R2=R3=R4=R0,可以得到下面的式子: 式中, E-軸材料的彈性模量 u-電橋的供電電壓 S-電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)放大電路采用儀器用放大電路,它由專用儀器用放大電路構(gòu)成,也有三只單運放電路組合而成,放大倍數(shù)為K,放大后的電壓V為: 為了使一起具有高精度,必須使靈敏度系數(shù) 為常數(shù)。在金屬電阻應(yīng)變片的扭矩傳感器中,需要解決的技術(shù)關(guān)鍵是: (1)、彈性軸的工作區(qū)域不應(yīng)該大于彈性區(qū)域的1/3,且取初始段。為了將遲滯誤差減低到最底,按照超載能力指數(shù)選取最大的軸徑。 (2)、采用LM型硅擴散力敏全橋應(yīng)變片,較好的敏感性,很小的非線形度 (3)、采用高精度的穩(wěn)壓電源。

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