CN101762349A

CN101762349A - 高精度智能标准扭矩传感器

Info

Publication number: CN101762349A
Application number: CN200910197543A
Authority: CN
Inventors: 倪昔东; 李涛; 林静
Original assignee: 704th Research Institute of CSIC
Current assignee: 704th Research Institute of CSIC
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2010-06-30

Abstract

一种高精度智能标准扭矩传感器，主要解决提高传感器的线性度和稳定性等技术问题，其采用技术方案是：该传感器的弹性体材质是含合金成份的马氏体时效钢，弹性体上粘设有测弯矩和测扭矩两组应变片，传感器壳体内设置有装设处理电路的线路板，适用于各式高精度智能标准扭矩传感器。

Description

高精度智能标准扭矩传感器

技术领域：

本发明涉及一种测量转矩的仪表的测试及标准，特别是一种标准扭矩传感器。

背景技术：

扭矩传感器是扭矩测量和校准装置中关键组成之一，扭矩传感器的重要组件之一是弹性体，该弹性体是一轴状构件，其采用材质是高质量扭矩传感器的基础，现有的扭矩传感器弹性体，如3J58(Z)等，其主要成份是：C＜0.05、Ni 43～43.6、Cr 52～56、Al 0.5～0.8、Ti 2.3～2.7，该钢材的主要力学性能是：σbkg/mm²110、αkkg/mm²4.7、HRC 20，当这些材料用于制作扭矩传感器弹性体时，其弹性极限和硬度均显不足，因而出现由于比弹性较小，输入输出特性的非线性和迟滞量均难以满足高性能扭矩传感器的需求，同时，其静态特性随时间而漂移等现象，也会严重影响测量的精度，另一影响上述特性的因素是应变片，而应变片除了选择高质量的应变片和粘合剂以外，其在弹性体上的粘贴方式也是重要影响因素之一，传统的应变片的粘贴位置及其相对弹性体轴线的方向，都是根据多年操作经验，将应变片贴在弹性表面应力均匀的位置，其粘贴方位是和弹性体轴心线呈45°，但是上述措施是否能反映扭矩实际状况，是否有应力畸变，或是否能体现机件受力状态均是疑问题，尤其是弯矩对测量的影响问题，更是难以解答，此外，在现有的扭矩传感器中，大都是将应变片输出的信号经导线传输至相关仪器，然后再进行放大处理，显然，扭矩传感器的应变片输出信号是极微弱的信号，因而在这距离传输过程中或在作业环境比较恶劣时，极易受噪声干扰而严重影响测量的精度。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的高精度智能标准扭矩传感器，它能提高扭矩传感器的线性度和稳定性，还能提高测试数据的准确性和可靠性。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：高精度智能标准扭矩传感器包括有弹性体、壳体和应变片，壳体的内腔穿设有弹性体，弹性体的圆柱表面粘贴有应变片，其特点是：弹性体的材质是含合金成份的马氏体时效钢。

弹性体上还粘设有一组弯矩应变片，壳体内腔设置有处理电路。

本发明充分利用选择材质的合金元素对弹性体弹性关系，及其硬度对长期稳定性的影响，降低传感器弹性体材料引起的不确定分量，并具有较大比弹性，从而克服现有传感器用材输入输出特性的非线性和迟滞量以及静态特性随时间而漂移等缺陷，其组合的弯矩、扭矩应变片的设置，可进一步提高本发明提供技术方案的上述优越性，其壳体内设处理电路，提高传感器信噪比，可排除噪声干扰，提高测量精度。

附图说明：

图1是本发明高精度智能标准扭矩传感器纵剖视示意图。

图2是图1的局部构件剖视示意图。

图3是图1的A向视图。

具体实施方式：

参照图1、3，高精度智能标准扭矩传感器包括有弹性体1、壳体2、测量弯矩应变片3、测扭矩应变片4、线路板5和输出接口6。

弹性体1，是一轴状构件，其外形结构和现有技术相似，本发明是在现有用材的基础上，对恒弹性材料进行研究，对合金元素的含量和材料稳定性的影响，结合热处理工艺，使弹性体在保证高弹性的前提下，性能可保持长期稳定，同时把弹性体材料的硬度控制在合理范围内，并使其金相组织达到稳定状态，选定采用含合金成份的马氏体时效钢，弹性体1的含合金成份马氏体时效钢成份是：

成份	C	Ni	Co	Mo	Ti	Mn	Si	S、P
成份	C	Ni	Co	Mo	Ti	Mn	Si	S、P	含量	0.021	18.23	9.12	4.89	0.25	≤0.2	0.045	≤0.02

弹性体(1)的含金成份马氏体时效钢力学性能是：

力学性能	σ_bkg/mm²	α_kkg/mm²	σ_0.002kg/mm²	Ψ(％)	δ(％)	HRC
力学性能	σ_bkg/mm²	α_kkg/mm²	σ_0.002kg/mm²	Ψ(％)	δ(％)	HRC	值	181	5.2	165	39.3	4.2	48

热处理直接影响材料的金相组织，从而决定制件最终机械性能，本发明的弹性体1采用下列热处理工艺程序：

序号	加热方式	温度℃	时间h	冷却方式
序号	加热方式	温度℃	时间h	冷却方式	1	固熔	840	1	空冷至常温
2	冰冷	-75	4	随炉至常温	1	固熔	840	1	空冷至常温
2	冰冷	-75	4	随炉至常温	3	粗加工
4	时效	500	4	空冷至常温	3	粗加工
4	时效	500	4	空冷至常温	5	粗磨
6	时效	200	4	空冷至常温	5	粗磨
6	时效	200	4	空冷至常温	7	冰冷	-75	4	随炉至常温

壳体2，包括有上盖21、本体22、下盖23和Z形架24，为利于屏蔽防电磁干扰，相关构件均以铝质材料制成，壳体2的构造和现有技术相似，其主要特点是在下盖23的邻近适当位置处，在本体下方两侧分别固设有一Z形架24，该Z形架24用来固定线路板5。

测变矩应变片3，其结构和现有技术相同其粘贴方式是本发明和现有技术差异的要点之一，即在弹性体1的中间圆柱表面的适当轴向位置处粘设有一组测弯矩应变片3，各测弯矩应变片3是沿弹性体1圆柱表面均布，各测弯矩应变片2的长轴和弹性体1的轴心线平行，即各测矩应变片3的矩形长边和弹性体1的轴心线平行(如图1所示位置)，测弯矩应变片3的设置，配合另一组测扭矩应变片4可判断并补偿弯矩对扭矩的影响，提高测量精度。

测扭矩应变片4，其结构和现有技术相同，其粘贴方式也和现有技术相同和弹性体1轴心线呈45°角；测弯矩应变片3一组4个，测扭矩应变片4一组4个(如图1)，二者之间在弹性体1的轴向相距一定距离，以求最佳测量效果；两组应变片分别组成两个全桥电路并和线路板5上的处理电路相连。

线路板5，是固设在Z形架24上的板体，该线路板5上设置处理电路，该预处理电路包括AD转换和微处理芯片，以及非线性补偿、温度补偿等功能的软件，本发明采用高性能的24位AD转换和微处理芯片，软件编制除实现测量的各项功能外，还包括传感器非线性校正和温漂补偿，在智能化方面，本发明选用89C55WD处理器，该处理器具自动校准功能；传感器的输出信号通常都很微弱，在远距传输中或作业环境恶劣时，容易受干扰，本发明在传感器壳体2内部嵌入低噪声的增益级电路可将这些信号放大，并采用高分辩率、高精度密度的模数转换器，将传感器信号转换为数字信号，提高信号抗干扰能力，同时数字信号可通过输出接口6传输至测量仪表。

Claims

1.一种高精度智能标准扭矩传感器，该传感器包括有弹性体、壳体和应变片，壳体的内腔穿设有弹性体，弹性体的圆柱表面粘贴有应变片，其特征是：弹性体(1)的材质是含合金成份的马氏体时效钢。

2.根据权利要求1所述的高精度智能标准扭矩传感器，其特征是弹性体(1)的含合金成份马氏体时效钢成份是：

成份 C Ni Co Mo Ti Mn Si S、P 含量 0.021 18.23 9.12 4.89 0.25 ≤0.2 0.045 ≤0.02

弹性体(1)的含金成份马氏体时效钢力学性能是：

力学性能 σ_bkg/mm² α_kkg/mm² σ_0.002kg/mm² Ψ(％) δ(％) HRC 值 181 5.2 165 39.3 4.2 48

3.根据权利要求1所述的高精度智能标准扭矩传感器，其特征是在弹性体(1)上粘设有一组测弯矩应变片(3)，各测弯矩应变片(3)是沿弹性体(1)圆柱表面均布，各测弯矩应变片(3)的长轴和弹性体(1)的轴心线平行，各测弯矩应变片(3)和测扭矩应变片(4)沿弹性体(1)的轴向保持一定距离，并分别组成两个全电桥电路。

4.根据权利要求1所述的高精度智能标准扭矩传感器，其特征是一组测弯矩应变片(3)的数量和一组测扭矩应变片(4)的数量相等。

5.根据权利要求1所述的高精度智能标准扭矩传感器，其特征是在壳体(2)的内腔设置有安装有处理电路的线路板(25)，壳体(2)上还设置有和处理电路对应的输出接口(26)。