应变式扭矩传感器的设计技术

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1、SHIPENGINEERING船舶工程Vol.33No.42011总第33卷，2011年第4期应变式扭矩传感器的设计技术胡德福（中国船舶重工集团公司第704研究所，上海200031）摘要：文章介绍了扭矩传感器的重要性、常用设计方式和应变式扭矩传感器的优点，并详细介绍了应变式扭矩传感器的理论依据和力学数学模型，分析了作为扭矩传感器的核心元件-弹性体的材料选择要素.关键词：扭矩测量；扭矩传感器；应变式；弹性体中图分类号：TP212文献标志码：A文章编号：1000-6982(2011)04-0096-04Desig

2、noftheStrainTorqueSensorHUDe-fu(ShanghaiMarineEquipmentResearchInstitute,CSIC,Shanghai200031,China)Abstract:Introducestheimportanceofthetorquesensor,commondesignwayandthestraintorquesensoradvantages.Andintroducesindetailthevarianttorquesensortheorybasisandt

3、hemechanicsofthemathematicalmodel.Theanalysisofthekeycomponentsasaelastomermaterialchoice-elementsofthetorquesensor.Keywords:torquemeasurement;torquesensor;straintype;elastomer随着现代科学技术的迅猛发展，扭矩测量技术分析来优化确定应变片粘贴的位置和方向，提高扭已经成为测试技术的新分支.扭矩测量的应用领域矩传感器的准确度，实现提高扭矩测量

4、精度的目标.越来越广泛，大到飞机、船舶、钻井、发电设备和冶金矿山设备等，小到微电机、家用电器和钟表游1扭矩测量方法及传感器丝等.扭矩测量是各种机械产品开发、质量检验、优1.1常用的扭矩测量方法及传感器化控制、工况监测和故障诊断等必不可少的内容.扭矩测量技术是综合应用机械、电子、物理、准确的扭矩测量对缩短现代船舶装备的研制周期、计算机等多方面知识的一门学科.实现扭矩测量需提高武器装备的性能、降低使用与保障费用具有重要解决传感器、能量供给和信号传输三方面的问题，要作用.随着我国经济实力和技术水平的大幅提升，其中传

5、感器的准确度是关键技术问题之一.目前，国在民用和国防领域，一方面对汽车、船舶、飞机、内外研制和开发的扭矩传感器种类很多，按照扭矩钻井等设备的需求数量大幅增加，另一方面对这些传感器弹性元件的变形几何参数、物理参数和静力设备的需求层次（包括速度、吨位、动力特性、安学关系，扭矩测量主要有应变型、磁弹性型、转角全性等）也发生了很大变化，这对扭矩测量也同样型三种.[1]提出了更多更高的要求.而研制高准确度的扭矩1）应变型传感器是目前国内外使用最多的一种传感器是提高扭矩测量精度的关键技术之一.扭矩传感器.它采用在旋转轴表

6、面贴应变片的传统本文介绍了扭矩传感器的常用设计方式和应变方法，利用适当的电路取得信号，然后进行分析处式扭矩传感器的优点，并详细介绍了应变式扭矩传理.此种传感器广泛使用在静态和低速旋转系统的感器的理论依据和力学数学模型，并通过建立弹性扭矩测量上.测量精度可达0.1%FS，量程范围可覆体的三维实体模型，借助ANSYS软件进行有限元盖所有需求，广泛使用在静态和低速旋转系统的扭收稿日期：2011-06-03；修回日期：2011-08-01作者简介：胡德福（1967-），男，高级工程师，研究方向：计量与测试技术研究.—

7、96—胡德福，应变式扭矩传感器的设计技术矩测量上.该类扭矩传感器应用时需要妥善解决在Δρρ/示形变（几何尺寸）所引起的影响；表示材旋转条件下的可靠供电和信号传输问题.目前在供Δll/电方面已经采用和正在研究的有电池、集流滑环、料的电阻率随应变所引起的变化，即压阻效应，Δl/l旋转变压器和射频耦合方式等.即为弹性体的应变，以ε来表示，即：2）磁弹性型传感器是利用弹性体（扭轴）截面ΔR=Kε（4）0R上的剪应力τ与扭矩T成正比的关系，根据磁性材料由式（4）可知，应变片内电阻丝的阻值相对变在机械应力作用下，其导磁性

8、能发生对应变化的原化与轴向应变成正比.理设计的.这类传感器是非接触式的，安装使用方从上述可知，只要将应变片和弹性体粘贴在一便，且不需要占用较大的空间.但这类传感器最终测起，就可以将弹性体的应变值，通过应变片转换成得的是磁致伸缩层材料应力，如何妥善地转化为转[1]电阻量的变化，从而实现非电量测量.轴本身应力或扭矩是值得进一步研究的问题.2.2力学模型分析3）转角型扭矩传感器是利用弹性体（扭轴）产2.2