CN1488924A - 转矩测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量转矩的测试设备，该设备具有一响应于被施加的转矩而产生电信号的传感器和一信号处理装置，电信号被施加于该处理装置并且该处理装置提供被施加的转矩的测量值。本发明提供多个测量头，即可以有不同的测量范围也可以适合不同的工具被测试。每一个测量头有自己的信号处理装置。以相同的方式来校准信号处理装置，以至于不同测量头的转矩测量数据能相互比较。当校准测量头的时候，单个信号处理装置也能被调整以便考虑转矩传感器个别的非线性。测量头简单地与显示或估算装置并行连接。如果转矩被施加于任何一个测量头，该转矩将自动以正确的校准显示或估算。

Description

转矩测试设备

技术领域

本发明涉及测量转矩的测试设备，该设备包括一响应于被施加的转矩而产生电信号的传感器装置，和一信号处理装置，电信号被施加于该处理装置并且该处理装置提供被施加的转矩的测量值。

背景技术

测量头例如被用于校准转矩扳手。传感器装置通常有应变仪。这些应变仪被粘结于由转矩所变形的部分以便被测量。此应变仪提供微弱的模拟信号。通常，这些模拟信号与被施加在转矩传感器上的转矩不能正好成比例。因此，为获得精确表示转矩的信号，必须进行信号处理。该信号可由显示装置显示或者被提供给例如确定在时间上或者在转矩的统计分布上的变化的估算装置。

每一转矩传感器具有一个最适于其操作的有限测量范围。因此，提供带有相应不同的转矩传感器的不同测量头。这些不同的测量头连接到显示或者估算装置，或者通过选择器开关应用到显示或者估算装置。

通常，用于产生精确表示转矩的信号的信号处理在估算装置中实现。尤其当多个转矩传感器被随意的连接到显示或估算装置时似乎是合理的。然而，信号处理装置仅需要提供一次。

传输到显示或者估算装置的模拟信号有信号被干扰所窜改的风险，需要昂贵的防护措施。

将测量头连接或切换到显示或估算装置是复杂的并且会导致操作错误。

发明内容

本发明的一个目的是设计一种在开始时所提及的能在大的测量范围中测量转矩的测试设备。

本发明的另一个目的是设计一种在开始时所提及的能避免干扰的测试设备。

本发明的又一目的是设计一种在开始时所提及的操作错误风险降到最低的测试设备。

为此目的，测试设备具有多个测量头，每一个测量头有一个转矩传感器。每一个测量头包括分离的、个别的信号处理装置，所述信号处理装置被布置在测量头中紧靠各自的转矩传感器处。出现在所有的测量头信号输出端的转矩测量数据以相同的方法被校准。所有测量头的测量头信号输出被直接地并行应用到显示或估算装置。

所以本发明提供多个测量头，既可以具有不同的测量范围，也可以适合不同的测试工具。这些测量头中的每一个有自己的信号处理装置。信号处理装置以相同的方式被校准，这使得不同测量头的转矩测量数据可相互比较。作用于一测量头的一确定转矩T与提供在另一测量头的测量头信号输出端转矩T一样，在测量头的测量头信号输出端上提供相同的转矩数据。在一测量头上的1Nm(牛顿米)也将在另一测量头上提供1Nm。当校准一测量头的时候，个别的信号处理装置也能考虑转矩传感器的个别非线性从而被调整。测量头能简单地与显示或估算装置并联。如果一转矩被施加于任何一个测量头上，该转矩将自动以校准被显示或估算。虽然在每一个测量头中使用个别信号处理装置的代表一种额外消费。然而，这种消费与所节省的用于干扰的屏蔽或抑制的昂贵的测量和选择器开关装置抵消。本发明提供简化的处理和减少操作错误的风险的优点。

更可取地，信号处理装置包括一用于将转矩传感器的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器，在进一步的数字信号处理之后，如果必要，这些数字信号出现在测量头信号的输出端。数字信号在很大程度上可不受干扰地传输到远程显示或估算装置。特别地，可以提供一种装置，用于无线传输出现在测量头信号输出端上的数据到显示或估算装置。

至少一测量头可以是转矩扳手的一部分。

在一优选的实施例中，至少一个所述的测量头包括一固定的外壳，包括一固定地保持在所述的外壳中的外部环形体的所述转矩传感器，通过薄板条与所述外部环形体连接的内部环形体，允许施加转矩于其上并且附于所述内部环形体的一驱动部分，以及响应在所述转矩作用下的所述薄板条的变形的测量拾取单元装置。所述信号处理装置包括一印刷电路板，所述信号处理装置的部件安装在该板之上，所述印刷电路板具有穿过于此的中心孔，所述印刷电路板被设置在所述内部环形体上的所述外部环形体，和所述薄板条的内部的浅腔中，并且该印刷电路板被粘贴于内部环形体。所述驱动部分延伸通过所述印刷电路板的所述中心孔。

以下将参考附图来描述本发明的实施例。

附图说明

图1是一示意性透视图，该图示出了含有信号处理装置的印刷电路板附于其上的转矩传感器。

图2是与图1类似的分解的示意性透视图。

图3是具有多个测量头和所有测量头公用的一个显示装置的检测装置的示意图。

图4是与图3类似的具有显示和估算装置的检测装置的示意图。

图5是相似于图3和4的示意图，该图示出了包括用于显示和估算的其中带有显示屏的计算机的测试设备。

图6是信号处理装置的方块图。

具体实施方式

参考图1和2，数字10表示转矩传感器。从图2能最好的看出，转矩传感器10包括一外部环形体12和一内部环形体14。外部和内部环形体12和14分别通过径向薄板条16和18相互连接。在环形方向上薄板条16具有相对大的宽度，但是薄板条16具有相对小的轴尺寸。薄板条16的轴尺寸实质上小于外部环形体12的轴的厚度。薄板条18在环形方向上是狭窄的，但是在轴尺寸上，延伸贯穿几乎整个的外部环形体厚度。宽的和窄的薄板条16和18分别的交替。薄板条16和18被规则设置成在每一对邻近的薄板条16和18之间具有45°角偏移，借此形成4个宽的薄板条16的交叉，并且薄板条16和18间隔90°角。宽的薄板条18带有应变仪20，被设置在桥接电路中。此转矩传感器被DE 20209650U1公开，在此仅供参考。驱动部分24被附于内部环形体14的中心空隙22中。一工具(未示出)能利用该驱动部件24施加转矩以便被测量。

如图2的内部环形体14的前表面和薄板条16和18的前表面位于一平面上，该平面偏移到相对于外部环形体的前表面的平面的内侧。这样，在外部环形体内和内部环形体14的前面确定一个浅的空腔。印刷电路板26保持在该空腔中。印刷电路板26通过螺丝28连接于内部环形体14上。为此目的，印刷电路板26具有螺丝孔30。螺丝28通过螺丝孔30和垫片32被拧入内部环形体14的螺纹孔34。因此，印刷电路板26与内部环形体14和薄板条16和18保持一定的距离。在环形体14背面的印刷电路板26包括如图1和2虚线所示的信号处理装置的部件。在图1和2中，信号处理装置一般用36标明。

信号处理装置36如图6所示。参考图6，测量拾取单元42和信号处理装置36的模拟部分示于线40的左边，信号处理装置的数字部分被示于线40的右边。测量拾取单元42是一应变仪44的桥接电路。应变仪44粘结于宽的薄板条16。当施加转矩的时候，应变仪通过剪切动作而被加压。因此，他们改变了他们的电阻。桥接电路中的应变仪44提供微弱的模拟信号。该模拟信号施加于集成电路46。集成电路46安装在印刷电路板26的背面上。在测量拾取单元42和集成电路46之间存在短的传输路径。因此，干扰被最小化。集成电路46是一种预放大器和A/D转换器的组合。前置放大器把微弱的模拟信号升高到A/D转换所需的电平。A/D转换器产生表示模拟信号的数字测量数据。这些数字测量数据通过总线48施加于集成电路50。集成电路50将总线48上测量数据转换为数字信号，被施加的转矩以单位Nm或mNm来表示。为零偏移和非线性，集成电路补偿。另外，用于校准的调整能被实现。然后，在测量头信号的输出端，得到直接以单位Nm或mNm表示的转矩的数字信号。

作为代替，集成电路也可以被设置为测量头提供转矩脉冲的最大转矩值。

图3表示具有以上所描述类型的三个测量头54、56和58和两个转矩扳手60和62的检测装置，每一个转矩扳手具有带有依照图6的信号处理装置的转矩传感器。在测量头54、56和58中，转矩传感器10的各自的外部环形体12被分别地固定保持在固定外壳64、66或68中。测量头54、56和58和转矩扳手60和62直接与显示装置70并联，也就是，没有进一步的信号处理。转矩扳手60的数字测量数据以无线方式被应用。这个通过点划线72表示。显示装置70连接于接收器74。这也由术语“直接地”所包括。

测量头64是一种用于冲击螺丝刀的测试的测量头。转矩被施加以类以脉冲的连续冲击。测量头的信号处理装置被设计成以在测量头信号输出端52A上提供数字转矩测量信号，该信号表示出现在转矩脉冲期间的最大转矩。该转矩测量信号通过数据线76A被应用到显示装置70。

测量头56和58分别在测量头信号输出端52B和52C上提供在不同测量范围中的数字转矩测量数据。因而，不同的测量范围通过使不同的转矩传感器的薄板条16具有不同的刚性来获得，例如，通过使薄板条16具有不同的厚度。分别地，转矩测量数据并行的相互应用和应用到来自于测量头64的转矩测量数据，并且通过数据线76B和76C施加到显示装置。

可选地，测量头66和68可设计成同样的测量范围，然而，用于使其适应不同的转矩工具的驱动部件24是不同的。

不同的测量头64，66和68和转矩扳手60，62以相同的方式校准：相等的转矩在不同的测量头产生相等的转矩测量数据。

图4基本上与上述图3相同，相应的元件具有与图3相同的附图标记。

在图4的实施例中，除简单的显示装置70之外提供诸如便携式电脑的计算机78。应用到显示装置70的各数字转矩测量信号经由数据线80和电平转换器82应用到该计算机78。计算机78表示用于估算被测量的转矩的估算装置。当转矩扳手被释放的时候，计算机78例如可以通过转矩扳手跟踪被施加的转矩在时间上的变化并且可以检测出现在转矩一时间特征中的扭折的位置。转矩测量数据可以统计地收集和估算。

图5也与图3和4相同。相应的元件又与图3和4具有相同的附图标记。在图5的测试装置中没有提供显示装置而是仅仅提供计算机。所有的测量头信号的输出52A，53B和54C和转矩产生器60和62的输出通过电平转换器82应用到计算机78。计算机78的屏幕完成显示装置70的功能。

Claims (9)

1.一种用于测量转矩的测试设备，包括多个测量头，每一个所述的测量头具有一转矩传感器和用于处理来自于所述转矩传感器的信号以便在测量头信号输出端提供转矩测量数据的分离信号处理装置，每一个所述信号处理装置被位于所述一个相关的测量头中紧靠所述转矩传感器处，所述多个测量头的所述信号处理装置被校准，以便在任何一个测量头输出端提供相同的转矩测量数据，当相同的转矩施加各自的一个所述测量头的时候，所述的多个测量头的测量头输出被直接并行地应用到显示或估算装置。

2.如权利要求1的测试设备，其特征在于至少一些所述的测量头是不同的。

3.如权利要求2的测试设备，其特征在于至少一些所述的测量头具有不同的测量范围。

4.如权利要求1的测试设备，其特征在于在至少一个所述的测量头中，所述信号处理装置包括用于确定施加于所述测量头之上的转矩脉冲的最大转矩的装置。

5.如权利要求1的测试设备，其特征在于所述转矩传感器提供模拟输出信号，并且所述的信号处理装置包括用于将所述模拟信号转换成数字信号的A/D转换器装置。

6.如权利要求5的测试设备，其特征在于所述信号处理装置进一步包括用于线性化和校准来自于所述A/D转换器的数字信号以提供所述转矩测量数据的装置。

7.如权利要求5的测试设备，其特征在于进一步包括用于将出现在所述测量头输出端的所述转矩测量数据无线传输到所述显示或者估算装置的装置。

8.如权利要求1的测试设备，其特征在于至少一个所述测量头形成转矩扳手的一部分。

9.如权利要求1的测试设备，其特征在于至少一个所述测量头包括：一固定的外壳，所述转矩传感器包括一固定地保持在所述外壳中的外部环形体，一经由薄板条连接所述外部环形体的内部环形体，驱动部件允许在其上施加转矩并且连接到所述内部环形体，并且测量拾取单元装置响应于在所述转矩作用下的所述薄板条的变形；

所述信号处理装置包括一印刷电路板，所述信号处理装置的部件安装于该板之上，所述印刷电路板具有穿过于此的中心孔，所述印刷电路板被设置在所述外部环形体，上述所述内部环形体和所述薄板条的内部的一个浅的空腔中，并且该印刷电路板被粘贴于内部环形体；和

所述驱动部件延伸通过所述印刷电路板的所述中心孔。

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