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扭矩傳感器工作原理:應變片式與相位差式對比分析

來源:深圳市世泰瑞爾工業(yè)儀器儀表有限公司   2025年07月22日 11:47  
  扭矩傳感器通過檢測旋轉軸的物理變化實現(xiàn)扭矩測量,主流技術包括應變片式與相位差式,二者在原理、結構及應用場景上存在顯著差異。
  應變片式扭矩傳感器基于材料力學中的應變-電阻效應。其核心元件為彈性軸與應變片:當扭矩作用時,彈性軸表面產生微小剪切應變,沿軸線45°方向粘貼的應變片隨之發(fā)生形變,導致其電阻值變化。四個應變片組成全橋式惠斯通電橋,扭矩引起的電阻變化使電橋輸出不平衡電壓,該電壓與扭矩成正比。例如,滿量程下,彈性軸的扭轉角通常為0.1°-1°,對應輸出電壓可達數十毫伏。此技術優(yōu)勢在于精度高(可達±0.1%FS)、響應快(毫秒級),且適用于靜態(tài)與動態(tài)測量,廣泛應用于發(fā)動機臺架測試、工業(yè)擰緊設備等領域。
  相位差式扭矩傳感器則利用扭轉角與相位差的線性關系。其結構在彈性軸兩端安裝齒數相同的齒輪盤或磁鋼,當軸受扭時,兩端齒輪因扭轉形變產生相對角度偏移(扭角)。磁電或光電傳感器檢測兩端的周期性信號(如脈沖),無扭矩時信號同相位,有扭矩時則出現(xiàn)與扭角成正比的相位差。例如,汽車傳動軸測試中,相位差測量精度可達0.1°以內,結合標定系數即可換算為扭矩值。該技術特點為非接觸式測量、無摩擦干擾,適合高速旋轉軸(轉速可達10000rpm以上),但低轉速時相位差信號較弱,需優(yōu)化信號處理算法。
  對比總結:應變片式以高精度、強適應性見長,但需直接接觸測量軸,可能受溫度漂移影響;相位差式實現(xiàn)非接觸測量,適合高速場景,但對齒輪加工精度與安裝同軸度要求較高。實際應用中,汽車傳動系統(tǒng)傾向選擇相位差式以減少機械干擾,而材料試驗機等靜態(tài)測試場景則優(yōu)先采用應變片式以保障測量穩(wěn)定性。

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