扭矩傳感器可對各種旋轉或非旋轉機械部件上的力和扭轉力矩進行感知及檢測,因而被廣泛應用于各種動力設備、過程/流程工業、實驗室測試部門等應用場所。在產品供應方面,目前高端市場的扭矩傳感器主要以歐美品牌為主廣泛應用于電機功率和扭矩檢測,橫跨汽車、船舶、礦山機械等多種行業,并向國外出口。
總體來看,扭矩傳感器在技術研發上均呈現出一些共同點:即小型化、集成化、數字化及網絡化。扭矩傳感器的未來發展主要體現在兩個面向:一是在機械方面,用戶要求傳感器的尺寸越來越小,同時要求盡可能地減輕重量和采用小形化材質;二是在電子方面,無線信號、數字信號傳輸將是一大趨勢,特別是無線通信技術將會徹底解放繁瑣的接線工程。
為了滿足用戶對生產工藝、扭矩傳感器測試要求越來越高的需求,特別是小體積、高精度、長期穩定性,以及能夠適應各種嚴酷環境下的使用要求,市場上推出了一系列小外形、微型和超微型測力傳感器及扭矩傳感器。這類產品采用碳鋼或不銹鋼材質以勝任各種惡劣環境,即使在可能影響測量結果的高疲勞或極端測試條件下,仍可兼顧長壽命、高精度的優點,并可選擇多種尺寸和款式,以適合空間緊湊的狹小空間安裝。
摘要:機械動力設備的扭矩變化是其運行狀況的重要信息。作為扭矩測試中不可或缺的重要部分,扭矩傳感器也在不斷發展。那么,它是如何分類的?有著怎樣的發展歷程?又有怎樣的應用?
扭矩傳感器主要用來測量各種扭矩、轉速及機械效率,它將扭力的變化轉化成電信號,其精度關系到所在測試系統的精度。其主要特點在于既可以測量靜止扭矩,也可以測量旋轉轉矩和動態扭矩;并且檢測精度高,穩定性好,抗干擾性強;不需反復調零即可連續測量正反轉扭矩,沒有導電環等磨損件,可以高轉速長時間運行;它輸出高電平頻率信號可直接送計算機處理。下面我們簡單了解一下常用的扭矩傳感器都有哪些。
非接觸式扭矩傳感器
非接觸式扭矩傳感器也是動態扭矩傳感器,又叫轉矩傳感器,轉矩轉速傳感器,旋轉扭矩傳感器等。它的輸入軸和輸出軸由扭桿連接,輸入軸上有花鍵,輸出軸上則是鍵槽,當扭桿受到轉動力矩作用發生扭轉的時候,花鍵與鍵槽的相對位置則被改變,它們的相對位移改變量就是扭轉桿的扭轉量。這樣的過程使得花鍵上的磁感強度變化,通過線圈轉化為電壓信號。
非接觸扭矩傳感器的特點是壽命長、可靠性高、不易受到磨損、有更小的延時、受軸的影響更小,應用較為廣泛。
扭矩傳感器的歷史
扭矩傳感器的技術如今已經越來越成熟,然而其實它的發展還是經歷了三個階段。
測量技術的產生。1678年,羅伯特·胡克描述了著名的胡克定律材料延伸與相關材料張力之間的比例關系。并且,電橋電路的出現,使最小變化電壓能夠得到測量。
第一臺旋轉扭矩傳感器誕生。1945年,市場上推出了第一臺旋轉扭矩傳感器,它的原理是如果下方加載的軸的軸向扭矩扭轉一個角度,轉矩也會成比例變化。這個扭轉的角度可以通過測量系統進行測量。
和消費電子等民用領域相比,用于智能制造的工業傳感器在精度、穩定性、抗震動和抗沖擊性方面提出了更為苛刻的要求。“工業控制要確保零誤差,傳感器不僅要能實時通信,還要足夠精準,像民用領域的‘丟包’是絕對不能容忍的。”林雨表示,“傳感器應用在不同的工業領域,對其能耐受的溫度、濕度、酸堿度也有不同的個性化要求,功耗和尺寸也會受到嚴格限制,比方說零下60℃極端環境就是個極大的挑戰。”
工業扭矩傳感器不僅性能指標要求苛刻,種類也非常繁雜。據楊超介紹,從功能上來說,工業傳感器分為光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏、濕敏等不同類別。以工業機器人為例,其中涉及的幾種重要傳感器包括:三維視覺傳感器、力扭矩傳感器、碰撞檢測傳感器、安全傳感器、焊接縫追蹤傳感器、觸覺傳感器等。
面對扭矩傳感器復雜現狀,我國智能制造傳感器的國產化應該從哪里切入?新松機器人中央研究院院長助理楊奇峰向記者建議,不要追求大而全,而是應該針對具體應用需求,集中優勢研制一類傳感器。“以我們需要用到的一款力覺傳感器來說,單個價格就高達10萬元。”