CN105372006B - 一种振动转矩传感器标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

一种振动转矩传感器标定装置及标定方法，标定装置包括定子铁心及绕组、转子铁心及绕组，定子绕组为单相集中绕组，转子绕组为单相分布绕组，定子绕组和转子绕组并联，且定、转子绕组轴线相互正交。标定时首先将交流电通入定、转子绕组，产生的电磁转矩包含恒定分量和振动分量，且两者幅值相等；然后将振动转矩传感器、标定装置和可调负载同轴连接，稳态运行时负载大小与电磁转矩振动分量的幅值相等，记录振动转矩传感器输出电压，实现振动转矩传感器静态特性的标定；最后通过变频器改变绕组输入电流的频率，实现振动转矩传感器动态特性的标定。本发明的振动转矩传感器标定装置及标定方法，能够标定振动转矩传感器的灵敏度、线性误差和频响范围。

Description

一种振动转矩传感器标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及一种传感器标定装置及标定方法，更具体的是涉及一种振动转矩传感器标定装置及标定方法。

背景技术

旋转机械作为动力设备广泛应用于工业、农业、航天等多个领域，其中电磁转矩是驱动旋转机械运行的物理量，电磁转矩分为恒定转矩和振动转矩，目前常用的转矩标定装置多为静态标定，即采用加载高精度砝码的方式对恒定转矩进行标定，无法对振动转矩进行标定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种振动转矩传感器标定装置及标定方法。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种振动转矩传感器标定装置，包括机壳、定子铁心、定子绕组、转子铁心、转子绕组、转轴、左端盖、左端盖轴承、右端盖和右端盖轴承，所述定子铁心固定在机壳内侧，定子绕组为单相集中绕组，嵌放在定子铁心槽中；所述转子铁心与定子铁心同轴心，之间存在空气隙，转子绕组为单相分布式绕组，嵌放在转子铁心槽中；所述转轴同轴心的穿过转子铁心的中心，转轴的左、右两端分别穿过左、右端盖轴承后与机壳固定；所述定子绕组和转子绕组以并联方式连接，且定子绕组的轴线与转子绕组的轴线在空间上正交。

一种振动转矩传感器标定方法，包括所述的标定装置、振动转矩传感器、可调负载和变频器，其步骤如下，

一、标定装置定子绕组和转子绕组通入交流电，定子绕组产生脉振磁场

Φ(t)＝Φ_m sin(ωt-α) (1)，

公式(1)中的Φ_m为脉振磁场的幅值，ω为绕组通入交流电的频率，α为脉振磁场滞后绕组通入交流电的相位；

二、所述步骤一中的脉振磁场Φ(t)与转子绕组电流作用后产生电磁转矩

公式(2)中的C_T为与标定装置结构相关的常数，I_m为绕组通入交流电电流的幅值；

三、根据步骤二得到电磁转矩T(t)的恒定分量和振动分量分别为

公式(3)中的T_恒定(t)为电磁转矩的恒定分量，T_振动(t)为电磁转矩的振动分量，即电磁转矩振动分量按照正弦规律变化，频率为定子绕组通电频率的两倍，且振动分量的幅值与恒定分量大小相同；

四、标定装置转轴的一端与振动转矩传感器同轴相连，另一端与可调负载同轴相连；

五、设定可调负载为某定值，标定系统运行至稳态时，负载值与电磁转矩的恒定分量大小相同，根据步骤三可知此时的负载值与电磁转矩振动分量的幅值相同，同时存储振动转矩传感器的输出电压；

六、改变负载值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的灵敏度和线性误差；

七、设定负载不变，通过变频器改变标定装置定子绕组通入交流电的频率，获取频率变化的振动转矩量值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的频率响应范围。

本发明的有益效果：本发明的振动转矩传感器标定装置能够产生幅值和频率连续可调的振动转矩激励，且正弦失真度小；本发明的振动转矩传感器标定方法能够标定振动转矩传感器的灵敏度、线性误差和频响范围多项性能指标。

附图说明

图1为振动转矩传感器标定装置的结构图；

图2为振动转矩传感器标定装置的剖视图；

图3为振动转矩传感器标定装置的工作原理图；

图4为振动转矩传感器标定装置产生电磁转矩的波形图；

图5为振动转矩传感器标定系统的构成图。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本发明的振动转矩传感器标定装置及标定方法的实施。

如图1、图2所示，一种振动转矩传感器标定装置，包括转轴1、左端盖轴承2、左端盖3、转子绕组4、转子铁心5、机壳6、定子铁心7、定子绕组8、右端盖9和右端盖轴承10；所述定子铁心7固定在机壳6的内侧，定子绕组8为单相集中绕组，嵌放在定子铁心7的槽中；所述转子铁心5与定子铁心7同轴心，之间存在空气隙，转子绕组4为单相分布式绕组，嵌放在转子铁心5的槽中；所述转轴1同轴心的穿过转子铁心5的中心，转轴1的左、右两端分别穿过左、右端盖轴承2和10之后与机壳6固定；所述定子绕组8和转子绕组4以并联方式连接，且定子绕组8的轴线与转子绕组4的轴线在空间上正交。

图3为振动转矩传感器标定装置的工作原理图，定子绕组和转子绕组通入正弦交流电，假设电流为正时，其方向如图3(a)所示，根据右手螺旋定则，定子绕组产生的磁场方向竖直向下，根据左手定则，转子绕组受到顺时针方向的电磁转矩；电流方向为负时，其方向如图3(b)所示，根据右手螺旋定则，定子绕组产生的磁场方向竖直向上，根据左手定则，转子绕组受到的电磁转矩仍为顺时针方向。

图4为振动转矩传感器标定装置产生电磁转矩的波形图，定子绕组和转子绕组通入正弦交流电压为：

u(t)＝U_m sinωt (1)

定子绕组和转子绕组的阻抗角同为α，则定子绕组和转子绕组的电流分别为：

定子绕组的电流产生的磁通量为：

Φ₁(t)＝Φ_m·sin(ωt-α) (3)，

所述磁通量与转子绕组的电流作用后产生电磁转矩，其数学表达式为：

根据所述式(4)可知，标定装置产生的电磁驱动转矩包含恒定分量和振动分量分别为：

假设则所述振动转矩传感器标定装置会产生如图4所示的电磁转矩波形图。

图5为振动转矩传感器标定系统的构成图，包括所述的标定装置、振动转矩传感器、可调负载和变频器，振动转矩传感器的标定步骤如下：

一、标定装置定子绕组和转子绕组通入交流电，定子绕组产生脉振磁场；

二、所述步骤一中的脉振磁场Φ(t)与转子绕组电流作用后产生电磁转矩；

三、根据所述步骤二得到电磁转矩T(t)的恒定分量和振动分量，两者幅值相等；

四、标定装置转轴的一端与振动转矩传感器同轴相连，另一端与可调负载同轴相连；

五、设定可调负载为某定值，标定系统运行至稳态时，负载值与电磁转矩的恒定分量大小相同，根据步骤三可知此时的负载值与电磁转矩振动分量的幅值相同，同时存储振动转矩传感器的输出电压；

六、改变负载值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的灵敏度和线性误差；；

七、设定负载不变，通过变频器改变标定装置定子绕组通入交流电的频率，获取频率变化的振动转矩量值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的频率响应范围。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种振动转矩传感器标定装置，包括机壳、定子铁心、定子绕组、转子铁心、转子绕组、转轴、左端盖、左端盖轴承、右端盖和右端盖轴承，其特征在于：所述定子铁心固定在机壳内侧，定子绕组为单相集中绕组，嵌放在定子铁心槽中；所述转子铁心与定子铁心同轴心，之间存在空气隙，转子绕组为单相分布式绕组，嵌放在转子铁心槽中；所述转轴同轴心的穿过转子铁心的中心，转轴的左、右两端分别穿过左、右端盖轴承后与机壳固定；所述定子绕组和转子绕组以并联方式连接，且定子绕组的轴线与转子绕组的轴线在空间上正交。

2.一种振动转矩传感器标定方法，包括权利要求1所述的标定装置、振动转矩传感器、可调负载和变频器，其特征在于：其步骤如下，

一、标定装置定子绕组和转子绕组通入交流电，定子绕组产生脉振磁场

Φ(t)＝Φ_msin(ωt-α) (1)，

公式(1)中的Φ_m为脉振磁场的幅值，ω为绕组通入交流电的频率，α为脉振磁场滞后绕组通入交流电的相位；

二、所述步骤一中的脉振磁场Φ(t)与转子绕组电流作用后产生电磁转矩

公式(2)中的C_T为与标定装置结构相关的常数，I_m为绕组通入交流电电流的幅值；

三、根据步骤二得到电磁转矩T(t)的恒定分量和振动分量分别为

公式(3)中的T_恒定(t)为电磁转矩的恒定分量，T_振动(t)为电磁转矩的振动分量，即电磁转矩振动分量按照正弦规律变化，频率为定子绕组通电频率的两倍，且振动分量的幅值与恒定分量大小相同；

四、标定装置转轴的一端与振动转矩传感器同轴相连，另一端与可调负载同轴相连；

五、设定可调负载为某定值，标定系统运行至稳态时，负载值与电磁转矩的恒定分量大小相同，根据步骤三可知此时的负载值与电磁转矩振动分量的幅值相同，同时存储振动转矩传感器的输出电压；

六、改变负载值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的灵敏度和线性误差；

七、设定负载不变，通过变频器改变标定装置定子绕组通入交流电的频率，获取频率变化的振动转矩量值，重复步骤五，标定振动转矩传感器的频率响应范围。