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传感器知识
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如何降低扭矩测量的不确定性

         
         在很多应用中，例如大功率涡轮机或是药罐的螺紧力测量中，扭矩都是最重要的测量量。原理上讲，扭矩是力和力臂的乘积，但是对于高精度扭矩测量来说，尤其是旋转应用中，需要高精度扭矩传感器来实现。
        本文的应用着重于大型涡轮发动机的扭矩测试，尤其是喷气发动机。该项目是希望创建一个测试台，通过获得的扭矩数据，来对 涡轮发动机进行优化，以提高燃油效率。因此获得精确的扭矩测量数据是本项目的重要组成部分。
        测试需要量程为 200 N.m, 1 kN.m, 2 kN.m, 和 130 kN.m 的扭矩传感器。三个小量程的扭矩传感器具有相同的几何尺寸，转速高达 22,000 RPM。最大的扭矩传感器的转速为 4,000 RPM。和测试台的其他部分相同，扭矩传感器需要极为可靠且耐用。因为其往往会运行数个月之久。防止出现某个输出失败，每个传感器都带有两个独立扭矩输出，并进行备份。
        之前，测试台采用非旋转扭矩测量技术 - 一个力传感器和一个杠杆臂, 通过力与杠杆臂的乘积计算出扭矩。这是已经存在了半个世纪的测试技术，其有自己的优势。例如，校准简单，过载保护相对容易。但有一个最大的缺点：就是由于力传感器不在旋转轴上，无法实现准确对准，

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有 较大的测量误差。l6h广州南创电子科技有限公司

        这种方式还有另外一个缺点，就是 低动态响应 (只有 20Hz)，这是因为测力计的质量会作为一个低通滤波器，会增加扭矩测量的不确定性。另外，测力计必须要安装在轴承上，转动会对轴承造成摩擦，需要定期维护。
 
       而现在测量技术只需安装扭矩传感器 即可，扭矩传感器由转子和定子组成，通过 无线遥测技术进行供电和数字化信号传输，并且由于采用无接触测量技术，因此是免维护的。l6h广州南创电子科技有限公司
       采用在线扭矩传感器有以下几个优点。例如，高动态 - 其 响应频率高达 6kHz，可以测量真实动态扭矩。而传统的杠杆技术的响应频率仅有 20Hz。
       另外，无需考虑轴承摩擦和维护的问题。在线传感器提供 更高的动态响应精度。下图显示的是动态扭矩和扭矩平均值的比较。

在线扭矩传感器也有自己的缺点，一个是对中比较困难，另外一个是防止过载。尤其在需要对系统进行标定时，需要修改旋转轴或是移除扭矩传感器。l6h广州南创电子科技有限公司
对于类似的应用在设计和开发阶段需要更多地考虑。如果传感器的转子采用 钛金属 而不是不锈钢，由于 更低的惯性矩，旋转扭矩传感器将更有优势。更轻的钛金属以及更短的长度将使驱动系的整体重量更轻。能够更简单地避免旋转轴在测试过程中的 “临界速度” 问题。临界速度（转速）是一个会使旋转轴变得不稳定的点，会产生 谐波振动。更短，刚度更高，更轻的重量 是为了避免不必要的振动和跳动，其会加大测量的不确定性，并增大系统失效的可能性。在线扭矩传感器一般都采用 交流激励 以提高传感器的 抗干扰能力。这将会提高扭矩测量的精度，尤其在非常低的转速下。l6h广州南创电子科技有限公司
为满足客户不同的测试要求，HBM 可以为客户定制扭矩传感器。包括更高的精度，双输出，长度以及非螺栓式等。l6h广州南创电子科技有限公司

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无轴承的设计能够降低客户的维护费用。两个应变桥路能够获得更高的测量精度。钛金属转子可以减少传感器重量并提升转速等级。定制化长度和非螺栓安装方式可以将临界速度排除在测量范围之外。这些方式都可以降低测量的不确定性并提高精度。让客户获取更可靠的数据来提高产品效率。最近，我们已经将定制传感器的方案进行了标准化，能够满足客户更高精度，更高转速的多方面要求。l6h广州南创电子科技有限公司

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