Хотя датчики крутящего момента доступны в различных конструкциях, все они имеют несколько общих черт. Чтобы понять, как работают датчики крутящего момента, давайте посмотрим на конструкцию датчиков.

Краткое знакомство с технологией тензодатчиков

Как и многие другие типы датчиков, датчики крутящего момента используют для измерения тензометрическую технологию. Датчик состоит из измерительного корпуса, как правило, металлического, на котором установлены тензометрические датчики (ТД). Они состоят из тонкой фольги и электрического проводника, прочно соединенного с фольгой. Поскольку фольга (проводник) меняет форму, электрическое сопротивление также изменяется. Это показывает, какая нагрузка в настоящее время действует на SG.

  Если на датчик воздействует внешняя нагрузка, тензодатчик деформируется, как и пружинный элемент, и можно начинать измерение. Это относится не только к датчикам крутящего момента, но и к тензодатчикам, датчикам силы и другим типам датчиков. Однако датчики крутящего момента имеют несколько особенностей.

Если тензорезистор сжать, его электрическое сопротивление (Ом) уменьшается; если он растягивается, сопротивление увеличивается.

Две типовые конструкции датчиков крутящего момента

В отличие от тензодатчиков или датчиков силы, измерительный корпус датчика крутящего момента при использовании подвергается не растяжению или сжатию, а скручиванию. Датчик подвергается воздействию не силы, действующей с одного или двух противоположных направлений, а силы рычага или крутящего момента. Поэтому датчики крутящего момента также снабжены специальными тензометрическими датчиками, которые могут очень хорошо регистрировать этот тип нагрузки, то есть кручение. Двумя типичными конструкциями датчиков крутящего момента являются измерительный вал и измерительный фланец.

Измерительный корпус скручивается под нагрузкой.

Вал измерения крутящего момента

Измерительный вал состоит из вала, который также может быть полым. Здесь монтируются СГ – иногда, например, на сужающемся участке посередине, в зависимости от версии. Вал закрыт кожухом. Вал, или ротор, движется, а корпус, или статор, неподвижен. Обе части соединены между собой подшипниками с низким коэффициентом трения и нулевым люфтом. Датчик может быть встроен в конструкцию или испытательный стенд с помощью зажимов типа ступицы на обоих концах вала. Они доступны в различных формах и размерах。

Упрощенное представление вала измерения крутящего момента.

Фланец для измерения крутящего момента

Измерительные фланцы в основном имеют конструкцию, аналогичную измерительным валам, но выглядят совершенно по-другому. Они тоже состоят в основном из полого стержня, хотя он очень короткий. Фланцы расположены на обоих концах вала. Они позволяют интегрировать преобразователь в конструкцию или испытательный стенд с помощью резьбового соединения. Измерительные фланцы также состоят из ротора и статора. Однако, в отличие от измерительных валов, ротор не полностью заключен в корпус. Следовательно, подшипниковый узел не требуется, поскольку ротор надежно установлен в измерительной секции.

Упрощенное представление измерительного фланца.

Бесконтактная передача данных измерений

Именно здесь мы видим самую большую разницу между вращающимися датчиками крутящего момента и другими датчиками, такими как датчики силы или тензодатчики. В датчиках крутящего момента нельзя использовать кабели, подающие питание и передающие данные измерений, поскольку кабели могут запутаться при вращении ротора. Чтобы избежать этого, энергия от статора к вращающемуся ротору передается с помощью бесконтактной связи, которая, в свою очередь, питает смонтированный измерительный мост СГ. В свою очередь, вращающийся ротор передает измеренные данные статору посредством телеметрии.

Электроника размещена в измерительном корпусе. Здесь сигнал от измерительного моста SG усиливается, фильтруется и оцифровывается перед передачей по беспроводной связи на статор. Затем данные могут выводиться либо через сигнал частоты или напряжения, либо в цифровом виде через полевую шину, например, с помощью Ether CAT или Profinet, в зависимости от приложения.

Измерение крутящего момента с вращением или без вращения

Датчик не всегда вращается при измерении крутящего момента. Типичными примерами невращающихся установок являются стандартные испытательные машины и измерения на смесителях. В последнем датчик поддерживается корпусом электродвигателя, а приводной вал проходит через центральное отверстие в датчике.

В большинстве приложений датчик является частью вращающейся трансмиссии между испытуемым образцом и динамометром. Образцом может быть, например, двигатель внутреннего сгорания, коробка передач или электродвигатель.

Статическое и динамическое измерение крутящего момента

Крутящий момент может быть измерен статически или динамически. Примером динамического измерения может быть пульсирующий крутящий момент, возникающий, когда вращающиеся элементы постоянно ускоряются, а затем замедляются (или «тормозятся»), или в результате рабочего такта двигателя внутреннего сгорания. Более того, динамический крутящий момент может возникать и без вращения. Однако в большинстве применений, таких как стенды для испытания двигателей (двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель), динамический крутящий момент возникает в связи с вращением.