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扭矩傳感器的工作原理及特點(diǎn)解析?

發(fā)布時(shí)間:2025-10-17
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文章來(lái)源:http://www.northdesign.cn
扭矩傳感器的核心是將旋轉(zhuǎn)或靜止?fàn)顟B(tài)下的扭矩物理量,通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào),其原理因 “動(dòng)態(tài)” 與 “靜態(tài)” 工況差異呈現(xiàn)明顯分化,隆旅 NJL-101NJL-201A 分別代表兩類典型技術(shù)路線。

(一)靜態(tài)扭矩傳感器工作原理(以隆旅 NJL-201A 為例)

NJL-201A靜態(tài)扭矩傳感器1

NJL-201A靜態(tài)扭矩傳感器


靜態(tài)扭矩指設(shè)備不旋轉(zhuǎn)或低速轉(zhuǎn)動(dòng)(通常<100rpm)時(shí)的扭矩,如螺栓擰緊檢測(cè)、靜態(tài)負(fù)載測(cè)試等場(chǎng)景,核心依賴應(yīng)變片式測(cè)量技術(shù),具體流程如下:
  1. 彈性軸受力形變NJL-201A 內(nèi)置高精度合金彈性軸,當(dāng)外部扭矩作用于軸兩端時(shí),彈性軸會(huì)產(chǎn)生微小扭轉(zhuǎn)變形(形變角度與扭矩成正比,通常<0.1°),其表面會(huì)出現(xiàn)拉伸與壓縮應(yīng)力。

  1. 應(yīng)變片信號(hào)轉(zhuǎn)換:在彈性軸表面粘貼 4 片應(yīng)變片(組成全橋電路),其中 2 片受拉、2 片受壓,應(yīng)變片阻值隨應(yīng)力變化(拉伸時(shí)阻值增大,壓縮時(shí)減?。?,使全橋電路輸出與扭矩成正比的微弱電壓信號(hào)(通常 mV 級(jí))。

  1. 信號(hào)放大與處理:傳感器內(nèi)置高精度信號(hào)調(diào)理模塊,將 mV 級(jí)信號(hào)放大至標(biāo)準(zhǔn)電壓(0-5V)或電流(4-20mA)信號(hào),同時(shí)通過(guò)溫度補(bǔ)償電路(采用 Pt1000 溫度傳感器)抵消環(huán)境溫度對(duì)彈性軸與應(yīng)變片的影響,確保 - 20℃-80℃范圍內(nèi)測(cè)量精度穩(wěn)定。

(二)動(dòng)態(tài)扭矩傳感器工作原理(以隆旅 NJL-101 為例)

NJL-101扭矩傳感器--5

NJL-101動(dòng)態(tài)扭矩傳感器

動(dòng)態(tài)扭矩指設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)(通常>100rpm)且扭矩實(shí)時(shí)變化的場(chǎng)景,如電機(jī)動(dòng)力測(cè)試、變速箱換擋過(guò)程監(jiān)測(cè)等,需解決 “旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下信號(hào)傳輸” 難題,NJL-101 采用應(yīng)變片 + 無(wú)線傳輸技術(shù),核心流程如下:
  1. 旋轉(zhuǎn)端信號(hào)采集:與靜態(tài)原理類似,NJL-101 的旋轉(zhuǎn)彈性軸上粘貼應(yīng)變片全橋,實(shí)時(shí)采集扭矩形變產(chǎn)生的 mV 級(jí)信號(hào);同時(shí)內(nèi)置鋰電池供電模塊(續(xù)航 12-24 小時(shí),支持充電)與無(wú)線發(fā)射單元(采用 2.4GHz 頻段,傳輸距離≤50 米),避免傳統(tǒng)有線傳輸因旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的線纜纏繞問(wèn)題。

  1. 固定端信號(hào)接收:配套的無(wú)線接收模塊安裝在設(shè)備固定端,接收旋轉(zhuǎn)端發(fā)送的扭矩信號(hào)后,進(jìn)行濾波、放大處理,轉(zhuǎn)化為 4-20mA/RS485 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),上傳至 PLC 或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);部分型號(hào)支持實(shí)時(shí)波形顯示,捕捉瞬時(shí)峰值扭矩(如電機(jī)啟動(dòng)沖擊扭矩)。

  1. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)優(yōu)化:為適應(yīng)高頻扭矩變化(如發(fā)動(dòng)機(jī)啟停時(shí)扭矩波動(dòng)頻率>100Hz),NJL-101 的應(yīng)變片選用高彈性模量材料,信號(hào)調(diào)理模塊的采樣頻率達(dá) 1kHz,確保扭矩變化響應(yīng)時(shí)間<1ms,避免動(dòng)態(tài)過(guò)程中信號(hào)滯后導(dǎo)致的測(cè)量偏差。

二、隆旅兩款扭矩傳感器核心特點(diǎn)對(duì)比:動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的差異化優(yōu)勢(shì)
基于不同工作原理,隆旅 NJL-101(動(dòng)態(tài))與 NJL-201A(靜態(tài))在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能參數(shù)、適用場(chǎng)景上形成明確分工,具體特點(diǎn)對(duì)比如下:
(一)隆旅 NJL-101 動(dòng)態(tài)扭矩傳感器:高速、實(shí)時(shí)、抗干擾
  1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適配動(dòng)態(tài)工況

  • 采用分體式結(jié)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)測(cè)量端 + 固定接收端),旋轉(zhuǎn)端直徑最小可至 20mm(適配小型電機(jī)軸),最大可支持 500mm 軸徑(如風(fēng)電主軸測(cè)試);軸承選用高精度角接觸球軸承,磨損量<0.001mm/1000 小時(shí),確保高速旋轉(zhuǎn)時(shí)(最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 10000rpm)的穩(wěn)定性。

  • 外殼采用 304 不銹鋼材質(zhì),防護(hù)等級(jí)達(dá) IP67,可應(yīng)對(duì)工業(yè)環(huán)境中的粉塵、油污侵襲;內(nèi)置防電磁干擾屏蔽層,在變頻器、電焊機(jī)等強(qiáng)電磁環(huán)境下(電磁強(qiáng)度≤1000V/m),示值波動(dòng)≤±0.1% FS,解決動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中干擾導(dǎo)致的信號(hào)跳變問(wèn)題。

  1. 性能參數(shù)聚焦動(dòng)態(tài)精度

  • 測(cè)量量程覆蓋 1N?m-50000N?m,精度等級(jí) 0.1 級(jí)(滿量程誤差≤±0.1%),重復(fù)性≤0.05% FS,滿足發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等設(shè)備動(dòng)態(tài)扭矩的高精度監(jiān)測(cè)需求;例如在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力測(cè)試中,可精準(zhǔn)捕捉怠速(500rpm)至高速(6000rpm)過(guò)程中扭矩的連續(xù)變化曲線。

  • 支持峰值扭矩捕捉(峰值保持時(shí)間可設(shè) 1-60 秒)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(最大存儲(chǔ) 10 萬(wàn)條數(shù)據(jù)),配合配套軟件可生成扭矩 - 轉(zhuǎn)速 - 時(shí)間三維曲線圖,為設(shè)備動(dòng)態(tài)性能分析提供數(shù)據(jù)支撐。

  1. 適用場(chǎng)景:高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備測(cè)試

  • 典型應(yīng)用包括:電機(jī)啟動(dòng) / 制動(dòng)扭矩測(cè)試、汽車變速箱換擋扭矩監(jiān)測(cè)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)模擬負(fù)載扭矩測(cè)量、水泵 / 風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)效率測(cè)試等;某新能源汽車電機(jī)廠使用 NJL-101 監(jiān)測(cè)電機(jī)加速過(guò)程中扭矩波動(dòng),成功優(yōu)化電機(jī)控制策略,使扭矩輸出穩(wěn)定性提升 15%。

(二)隆旅 NJL-201A 靜態(tài)扭矩傳感器:穩(wěn)定、低耗、易安裝
  1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適配靜態(tài)工況

  • 采用一體式實(shí)心軸結(jié)構(gòu),無(wú)旋轉(zhuǎn)部件,無(wú)需考慮線纜纏繞問(wèn)題;軸兩端采用鍵槽或法蘭連接(適配不同設(shè)備接口),安裝時(shí)通過(guò)水平儀校準(zhǔn),確保同軸度≤Φ0.05mm,避免靜態(tài)測(cè)量中附加徑向力導(dǎo)致的誤差。

  • 供電方式支持 DC 12V/24V,靜態(tài)功耗≤50mA(遠(yuǎn)低于 NJL-101 的動(dòng)態(tài)功耗 150mA),可長(zhǎng)期連續(xù)工作;信號(hào)輸出除標(biāo)準(zhǔn) 4-20mA/RS485 外,還支持 USB 直連電腦,無(wú)需額外采集模塊,降低小型實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)線的使用門檻。

  1. 性能參數(shù)聚焦靜態(tài)穩(wěn)定

  • 測(cè)量量程覆蓋 0.1N?m-10000N?m,精度等級(jí) 0.05 級(jí)(滿量程誤差≤±0.05%),滯后誤差≤0.03% FS,適合靜態(tài)負(fù)載下的高精度校準(zhǔn)與檢測(cè);例如在螺栓擰緊機(jī)校準(zhǔn)中,NJL-201A 可精準(zhǔn)測(cè)量 0.5N?m-50N?m 的擰緊扭矩,確保螺栓預(yù)緊力一致性達(dá)標(biāo)。

  • 內(nèi)置零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)功能,每小時(shí)零點(diǎn)漂移≤0.02% FS,避免長(zhǎng)期靜態(tài)測(cè)量中零點(diǎn)偏移導(dǎo)致的累積誤差;溫度補(bǔ)償范圍寬(-30℃-100℃),在高低溫環(huán)境下(如冷庫(kù)門鉸鏈扭矩測(cè)試、高溫管道閥門扭矩檢測(cè))仍能保持穩(wěn)定精度。

  1. 適用場(chǎng)景:靜止 / 低速設(shè)備檢測(cè)

  • 典型應(yīng)用包括:螺栓擰緊扭矩校準(zhǔn)、閥門開關(guān)扭矩檢測(cè)、橋梁支座靜態(tài)扭矩監(jiān)測(cè)、材料扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度測(cè)試等;某機(jī)械加工廠使用 NJL-201A 校準(zhǔn)螺絲擰緊機(jī),將擰緊扭矩誤差從 ±2% 降至 ±0.5%,產(chǎn)品裝配合格率提升至 99.8%。

三、兩款傳感器核心差異總結(jié):如何精準(zhǔn)選型
對(duì)比維度
隆旅 NJL-101(動(dòng)態(tài))
隆旅 NJL-201A(靜態(tài))
核心技術(shù)
應(yīng)變片 + 無(wú)線傳輸(解決旋轉(zhuǎn)信號(hào)傳輸)
應(yīng)變片 + 有線傳輸(側(cè)重靜態(tài)穩(wěn)定)
轉(zhuǎn)速適配
0-10000rpm(高速旋轉(zhuǎn))
0-100rpm(靜止 / 低速)
精度等級(jí)
0.1 級(jí)(動(dòng)態(tài)過(guò)程精度)
0.05 級(jí)(靜態(tài)校準(zhǔn)精度)
功耗與續(xù)航
動(dòng)態(tài)功耗 150mA,鋰電池續(xù)航 12-24 小時(shí)
靜態(tài)功耗≤50mA,可長(zhǎng)期連續(xù)供電
防護(hù)與抗干擾
IP67,內(nèi)置電磁屏蔽(適應(yīng)復(fù)雜工業(yè)環(huán)境)
IP65,基礎(chǔ)抗干擾(適合實(shí)驗(yàn)室 / 生產(chǎn)線)
核心優(yōu)勢(shì)
實(shí)時(shí)捕捉動(dòng)態(tài)扭矩波動(dòng),無(wú)線纜纏繞
靜態(tài)測(cè)量穩(wěn)定,安裝簡(jiǎn)單,低功耗
選型建議:若需監(jiān)測(cè)電機(jī)、變速箱等高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)扭矩變化,優(yōu)先選 NJL-101;若用于螺栓校準(zhǔn)、閥門檢測(cè)等靜止 / 低速場(chǎng)景,NJL-201A 的高精度與低使用成本更具優(yōu)勢(shì)。



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