扭矩傳感器的工作原理是什么
扭矩傳感器工作原理主要基于應(yīng)變片的電橋原理。它通常由彈性體、應(yīng)變片、測(cè)量電路等部分組成。
當(dāng)彈性體受到扭矩作用時(shí) ,其上的應(yīng)變片會(huì)發(fā)生形變。應(yīng)變片是利用金屬的應(yīng)變效應(yīng)制成,即金屬在受到外力作用發(fā)生變形時(shí),其電阻值會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)扭矩施加到彈性軸上,彈性軸產(chǎn)生扭曲變形,安裝在軸上的應(yīng)變片隨之變形,導(dǎo)致電阻值改變。
應(yīng)變片組成電橋結(jié)構(gòu),電橋一般由四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成。在不受扭矩時(shí),電橋處于平衡狀態(tài),輸出電壓為零。當(dāng)應(yīng)變片因扭矩作用電阻值變化后,電橋平衡被打破,就會(huì)輸出電壓信號(hào)。這個(gè)因扭矩引起的電橋輸出電壓變化,就是扭矩傳感器獲取扭矩信息的關(guān)鍵。
之后將該應(yīng)變信號(hào)放大 。通過放大器對(duì)電橋輸出的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理,使其達(dá)到后續(xù)電路能夠有效處理的幅值。放大后的信號(hào)經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換,變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號(hào)。也就是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào),這樣更有利于信號(hào)的傳輸和處理。
該系統(tǒng)能源輸入及信號(hào)輸出由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān),實(shí)現(xiàn)無接觸的能源及信號(hào)傳遞功能。向傳感器提供±15V 電源,激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生 400Hz 的方波,經(jīng)過功率放大器產(chǎn)生交流激磁功率電源,通過能源環(huán)形變壓器從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈,得到的交流電源經(jīng)軸上的整流濾波電路得到±5V 的直流電源,為運(yùn)算放大器等供電 。由基準(zhǔn)電源與雙運(yùn)放組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V 的精密直流電源,既作為電橋電源,又為放大器及 V/F 轉(zhuǎn)換器供電。
最終通過測(cè)量這個(gè)經(jīng)過處理后的信號(hào),就能推算出扭矩的大小 。扭矩傳感器輸出的信號(hào)常見的有模擬電壓信號(hào),如 +5V 或±10V,也有一些輸出數(shù)字信號(hào),可被后續(xù)的控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等接收,以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的測(cè)量、監(jiān)測(cè)和控制等功能 。
(圖/文/攝:太平洋汽車 整理于互聯(lián)網(wǎng))
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