非接触法兰式扭矩测量仪开发.pdf

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1、98传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第11期非接触法兰式扭矩测量仪开发张桂香，王相玲，胡芳(湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙410082)摘要：介绍了一种基于能量和信号无线传输的高精度扭矩测量仪的工作原理、方案设计和实验结果。通过一组紧耦合环形天线实现能源和信号无线传递，扭矩信号在数字PCM／FM传输基础上利用二次调频技术，显著提高测试精度。该扭矩仪以法兰结构连接，体积小、便于安装、抗干扰性强，实验结果证明：其精度高达0．2％FS。关键词：非接触扭矩仪

2、；高频感应电源；调频；无线收发中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)11-0098--03Developmentofthenon—contactflangetorquemeasurementinstrumentZHANGGui—xiang，WANGXiang—ling，HUFang(SchoolofMechanicalandVehicleEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，China)Abstract：Theprinciple，designan

3、dtestresultsofahigh—precisiontorquemeasurementinstrumentbasedonenergyandsignalwirelesstransmissionareintroduced．Thesamegroupoftightly—coupledloopantennasissharedtoachieveenergyandsignaltransmission，theuseofquadraticFMsignaltransmissiontechnologybasedonPCM／FMimproveste

4、stprecision．Thetorqueinstrumenthasuniqueconnectionflangestructure，smallsize，easytoinstal1．andstronganti—interferenceproperty．Experimentsproveitsprecisionisashi【ghas0．2％FS．Keywords：BOIl—contacttorquemeter；high—frequencyinductionpower；FM；wirelesstransceiver0引言家进口价格昂贵的扭矩

5、测试仪．5j。扭矩仪是工业测量中使用非常广泛的测试设备，目前本文利用电子、误差处理和嵌入式等综合工程技术，自扭矩仪研制普遍存在的2个问题：1)如何为旋转体上工作主研制出非接触法兰式扭矩测量仪。其结构简单，安装方单元供电；2)如何将旋转部分检测到的应变信号可靠地传便，适合动、静态扭矩测量，测量精度高达0．2％FS，且测量递到地面分析、显示部分。这也是限制国内高精度扭矩仪范围较大(1000N·m)，该测量仪在测试精度、系统结构设研制的关键。早期使用电池为旋转部分提供能量，但存在计、高频感应电源设计、可靠性、稳定性等技术指标均达到供电时

6、间短、经常更换、不易维护等缺点。信号传输采用电国际同类产品的标准。刷、滑环、水银槽等引电装置，也因存在摩擦升温、振动、污1非接触式法兰式扭矩仪测量原理染等诸多弊端，在低精度扭矩仪上使用较多。近年来，无本文采用应变扭矩仪为本设计的基础，共用一组天线接触式扭矩仪得到较快发展，即能量和信号均采用无线方进行能量和信号的无线传输：采用160kHz高频感应电源，式传递。能量通过耦合传递给旋转部分；旋转轴上扭矩应避开干扰频段，稳定地为旋转部分供电；信号传输采用二次变信号经过模拟FM／FM或数字PCM／FM调制后，用无线调频技术，将经初次调频的低

7、频扭矩信号调制到欧美工业电发射的方法从旋转轴上发射至轴外。这种能量传递频段433MHz的载波上，使得信号发射距离增大，抗干扰能方式仍因耦合系数低，易受周围电磁干扰，无法为旋转部分力也大大增强。具体工作过程为：将专用测扭应变计粘贴提供稳定的工作电压，影响测试精度；同时调制后的测量信在弹性测试体上，组成测量全桥。当轴受扭时，应变桥将失号频率较低，极易受到工频干扰，使得测量不准。目前国内去平衡，输出与扭矩成正比的微弱电压信号。将该应变信只能生产精度较低的扭矩仪(>0．5％FS)，且安装复杂。号放大、滤波、经过V／F转换进行初次调制后，在

8、发射芯片因此，很多需要高精度扭矩测试仪的场合必须从发达国内再将该信号二次调制，通过转子环形天线发射到周围空收稿日期：2010-04—13第1l期张桂香，等：非接触法兰式扭矩测量仪开发间。地面静止部分通过定子环形天线接收该信号后，传输源不受工作时间的