雖然扭矩傳感器有多種設(shè)計結(jié)構(gòu)，但它們都有一些共同點。為了了解扭矩傳感器的工作原理，我們將從傳感器的設(shè)計結(jié)構(gòu)開始解釋。

應(yīng)變技術(shù)簡介

像許多其他類型的傳感器一樣， 扭矩傳感器采用應(yīng)變技術(shù)進(jìn)行測量。傳感器通常是一個金屬彈性體，其上面安裝有應(yīng)變計（SG）。應(yīng)變計牢固地黏貼在彈性體上。

如果外部載荷作用在傳感器上，測量體將產(chǎn)生變形，應(yīng)變計的電阻也隨之改變。這樣，通過電阻的變化即可測量載荷大小。這不僅適用于扭矩傳感器，也適用于稱重傳感器、力傳感器和其他類型的傳感器。然而，扭矩傳感器有一些特殊性。

如果應(yīng)變計被壓縮，其電阻(?) 減少；

如果拉伸，電阻會增加。

扭矩傳感器的典型設(shè)計

和稱重傳感器或力傳感器不同，扭矩傳感器的測量體在使用時不會受到拉向載荷，而是受到杠桿力矩或扭矩的影響，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。因此，扭矩傳感器需要采用特殊的應(yīng)變計來測量這種類型的載荷，即扭矩。兩種典型的扭矩傳感器設(shè)計結(jié)構(gòu)為軸式和法蘭。

測量體在負(fù)載下扭曲

軸式扭矩傳感器

軸式扭矩傳感器由測量軸組成，測量軸也可能是空心的。應(yīng)變計安裝在軸上，有時安裝在中間的錐形部分上，具體取決于不同的型號，軸由殼體密封。軸或轉(zhuǎn)子可以移動或旋轉(zhuǎn)，而外殼或定子固定。這兩部分通過低摩擦、零游隙軸承相互連接。傳感器一般通過軸兩端的轂式聯(lián)軸器連接到測試結(jié)構(gòu)或試驗臺上。這些聯(lián)軸器有各種形狀和尺寸。

軸式扭矩傳感器簡化示意圖

扭矩法蘭

測量法蘭的結(jié)構(gòu)基本上與測量軸相似，但外觀完全不同。它們也由一個中空的軸組成，盡管這個軸非常短。法蘭位于軸的兩端。這樣可使傳感器能夠通過螺紋連接集成到結(jié)構(gòu)或試驗臺中。測量法蘭包括轉(zhuǎn)子和定子。然而，與測量軸不同，轉(zhuǎn)子并非完全封閉在殼體中。因此，無需軸承總成。

測量法蘭的簡化示意圖

非接觸式測量數(shù)據(jù)傳輸

這也是旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器與其他傳感器（如力傳感器或稱重傳感器）之間最大的區(qū)別，由于旋轉(zhuǎn)，其無法使用供電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|，因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時電纜會纏繞在一起。為了避免這種情況，需要采用非接觸式方式連接，將信號或電能從定子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，從而為安裝的應(yīng)變測量電路供電。

電子設(shè)備安裝在測量體內(nèi)。應(yīng)變橋路信號在無線傳輸?shù)蕉ㄗ又氨环糯蟆V波和數(shù)字化。然后，數(shù)據(jù)可以通過頻率或電壓信號輸出，也可以通過現(xiàn)場總線數(shù)字輸出，例如EtherCAT或Profinet，具體取決于應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)扭矩測量

測量扭矩時，傳感器不總是旋轉(zhuǎn)。非旋轉(zhuǎn)裝置的典型應(yīng)用是標(biāo)準(zhǔn)試驗機(jī)和攪拌機(jī)測量。在后者中，傳感器由電機(jī)外殼支撐，驅(qū)動軸穿過傳感器的中心孔。

在大多數(shù)應(yīng)用中，傳感器是被測物和測功機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)傳動系一部分。例如，被測物可能是內(nèi)燃機(jī)、變速箱或電機(jī)。

在測試臺上的扭矩傳感器

不僅是扭矩

扭矩傳感器還具有其他功能。除扭矩外，還可以記錄其它測量變量。這是可選的。最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)速，可以通過在轉(zhuǎn)子上的透光開槽圓盤來測量轉(zhuǎn)速。當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)動時，光束會有一定的間隔中斷。當(dāng)時間窗口恒定時，只需通過脈沖數(shù)即可計算出轉(zhuǎn)速。

許多用戶感興趣的另外一個重要特性是功率，功率可以通過扭矩乘以轉(zhuǎn)速來計算。此外，許多扭矩傳感器都內(nèi)置溫度傳感器，例如，它可以告訴我們傳感器或傳動系的工作溫度。

扭矩傳感器用于測試臺

靜態(tài)和動態(tài)扭矩測量

扭矩傳感器可以進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)測量。動態(tài)測量的一個例子是旋轉(zhuǎn)元件不斷加速然后減速（或“制動”）或是內(nèi)燃機(jī)動力沖程產(chǎn)生的脈動扭矩。此外，動態(tài)扭矩也可以在完全不旋轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生。然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，如發(fā)動機(jī)試驗臺（內(nèi)燃機(jī)或電機(jī)），動態(tài)扭矩都與旋轉(zhuǎn)有關(guān)。

扭矩傳感器典型應(yīng)用

在研發(fā)領(lǐng)域，扭矩傳感器是各種發(fā)動機(jī)、電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)測試的必然要求。當(dāng)您需要提高驅(qū)動系統(tǒng)效率時，精確的扭矩測量是必不可少的，因為它可以確定摩擦損失并將其降至最低。在電動和混合動力系統(tǒng)中，重要的是行程和提高效率；在混合動力和內(nèi)燃機(jī)中，關(guān)鍵是盡可能降低二氧化碳排放量來實現(xiàn)環(huán)境友好。

此外，扭矩傳感器還可用于變速箱和發(fā)動機(jī)的下線檢測或旋轉(zhuǎn)開關(guān)的功能測試。然而，有些應(yīng)用看起來完全不同，例如采用扭矩傳感器監(jiān)測液體混合過程，或是將扭矩傳感器安裝在船舶動力系統(tǒng)中。還有一些傳感器用作標(biāo)準(zhǔn)試驗機(jī)中的參考傳感器。HBM 可以為多種應(yīng)用提供軸式或法蘭扭矩傳感器。