CN2163376Y - 数字式扭矩传感器 - Google Patents

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CN2163376Y CN 93240174 CN93240174U CN2163376Y CN 2163376 Y CN2163376 Y CN 2163376Y CN 93240174 CN93240174 CN 93240174 CN 93240174 U CN93240174 U CN 93240174U CN 2163376 Y CN2163376 Y CN 2163376Y
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李国林
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Abstract

本实用新型为一种数字式扭矩传感器，属于机电 仪表领域。用于动力旋转轴的扭矩的测量。本实用 新型在贯通轴的一端装有一个功率环形变压器，另一 端装有一个信号环形变压器，在轴上附着有整流二次 稳压电源向应变桥提供桥压并给轴上各电路提供工 作电源，在轴上附着的放大电路和模数转换电路将应 变桥的扭矩应变电信号放大并变换成数字信号，再通 过信号环形变压器耦合至放大整形电路，最后由计数 显示器将实测的扭矩值显示出来。

Description

本实用新型为一种数字式扭矩传感器，属于机电仪表领域，用于动力旋转轴的输出扭矩或负载输入扭矩的测量。
在传统方式中以应变桥为敏感元件测量旋转轴扭矩值时，为解决应变桥四根引线从旋转轴引向静止外壳，一般采用电刷导电环动磨擦连接，在此方式中由于存在机械摩擦，所以不可避免地存在着摩擦零件发热、寿命低、限制转速的缺陷，并且信号波动大，只适用于短期低精度测量，不可能形成定型产品，为改善此缺陷曾研究过水银电刷和感应电刷两种方式。
水银电刷易挥发而且污染环境。
感应电刷由于对应变片采用交流电供桥压在信号端易产生不可控的相位漂移，信号为mv级无法向外传递，再则交流供桥电压随转速而变化，无法给应变桥提供一个稳定供桥电压。
上述两种方式无实际应用价值。
本实用新型的目的是提供一种数字式扭矩传感器，它是一种将测量单元与信号处理单元、指示单元组合在一起的机电一体化装置。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型以贯通应变轴为弹性体，以附着在轴上的应变片电桥为敏感元件，以功率环形变压器为能源传递部件，通过应变轴上的电子电路建立稳定的应变桥电压，将检测到的扭矩应变电信号经过放大并转换成数字信号，再通过信号环形变压器耦合到仪表外部的二次仪表中，经过处理后直接显示出扭矩值。
下面结合附图对本实用新型进行详细描述：
图1是本实用新型的结构图。
图2是本实用新型的电路框图。图2中虚线内为旋转部分，虚线外为静止部分。
图3是本实用新型的信号放大电路和模数转换电路的线路图。
图4是本实用新型的整流二次稳压电路图。
图5是本实用新型的交流放大整形电路图。
本实用新型的数字式扭矩传感器以贯通轴（或称应变轴）1为弹性体，以两只轴承10和11为支承元件，以附着在轴1上的应变桥2为敏感元件，在轴1的一端装有一个功率环形变压器，该变压器是由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级圈3和动环次级线圈4组成的带有间隙的闭环磁路装置，其功能为传递电磁能量，是本传感器的能源传递部件。在轴1的另一端装有一个信号环形变压器，该变压器是由动环初级线圈7与静环次级线圈8组成的带有间隙的空心闭环磁路装置，其功能为传递数字信号，是本传感器的信号输出单元。动环线圈4和7均固定安装在贯通轴1上。附着在贯通轴1上的整流二次稳压电源5与动环次级线圈4相连，该电源5输出直流电源，一方面提供应变桥2的桥压，另一方面给贯通轴1上的所有电路提供工作电源。附着在轴1上的放大电路12和模数转换电路13与应变桥2相连接。信号环形变压器的动环初级线圈7与模数转换电路13相连。放大电路12和模数转换电路13将应变桥输出的电信号放大后变换成脉冲数字信号输入到信号环形变压器的初级动环线圈7。交流放大整形电路9一端与信号环形变压器的静环次级线圈8相连接，另一端与计数显示器10相连接。放大整形电路9将贯通轴1上传出的数字信号处理成标准的数字信号，再由经过调零和标定后的计数显示器将实测到的扭矩值显示出来。
本实用新型的工作原理如下：
激磁正弦波功率电源11通过功率环形变压器的初级环形绕组3将正弦波能源信号无接触地耦合到次级动环绕组4中，再送入整流二次稳压电源5，该直流电源一方面提供应变桥电压，另一方面提供贯通轴上所有电路的工 作电源。贴在贯通轴上的应变桥2检测出贯通轴1受扭时的应变量的电量信号Vi，该信号是只有mv级的直流信号，Vi经过高精度的放大电路12放大后得到－2V±1V之间的与扭矩成正比的模拟电压信号Vo，该信号经过模数转换电路13变换成为脉冲数字信号，再经过信号环形变压器初级动环绕组7，传递到次级静环绕组8中，至此完成了静－动－动－静的能源－－信号非接触传递环节，由贯通轴上传出的数字信号Vs经过仪表外部的交流放大整形电路9处理成为标准的数字信号，该信号送出供用户输出计算机处理，同时在仪表中设置一计数显示器10，经过调零和标定后，在计数显示器10中显示的就是实测的扭矩值。
上述的整流二次稳压电源5包括由整流桥CL100、集成稳压器7812及电容滤波器组成的标准稳压电路和由基准电源MC1403、运放OP07及三极管8050组成的二次稳压电源。该电源向应变桥2及贯通轴1上的电路提供工作电压。
上述的信号放大电路12采用由三只运放IC1、IC2和IC3集成在一体的差动仪表放大器，例如AD625及其类似集成电路。
上述的模数转换电路13采用LF331集成电压／频率转换器，将AD625放大后的信号转换成为与扭矩量成正比的频率数字信号，送给信号环形变压器。
上述的交流放大整形电路9是由进行交流放大器OP07和进行整形的4069非门组成。从信号环形变压器的次级静环线圈8输出的信号Vs先由放大器OP07进行交流放大，再由4069非门进行整形，输出一串标准脉冲，该脉冲在频率上正比于扭矩量，在幅度上符合计算机输入信号要求（0～5V）。
上述的计数显示器10采用大规格集成频率计MC7255。经过调零校正后，频率显示的数字就是实测的扭矩量值。
本实用新型由于能源传递及信号传递都是通过两组环形变压器进行的无接触运行，因此不存在摩擦问题。

Claims (6)

1、一种数字式扭矩传感器，以贯通轴(1)为弹性体，以轴承(10)和(11)为支承元件，以附着在轴(1)上的应变桥(2)为敏感元件，其特征在于在贯通轴(1)的一端装有一个功率环形变压器，该变压器是由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级线圈(3)和动环次级线圈(4)组成的带有间隙的闭环磁路装置，在轴(1)的另一端装有一个信号环形变压器，该变压器是由动环初级线圈(7)和静环次级线圈(8)组成的带间隙的空心闭环磁路装置，动环次级线圈(4)和(7)均固定安装在轴(1)上，附着在轴(1)上的向应变桥(2)提供桥压和给轴(1)上的所有电路提供工作电源的整流二次稳压电源(5)与动环次级线圈(4)相连，附着在轴(1)上的放大电路(12)和模数转换电路(13)与应变桥(2)相连接，模数转换电路(13)与动环初级线圈(7)相连，交流放大整形电路(9)一端与静环次级线圈(8)相连接，另一端与计数显示器(10)相连接。
2、如权利要求1所述的传感器，其特征在于所说的整流二次稳压电源（5）包括由整流桥CL100，集成稳压器7812及电容滤波器组成的标准稳压电路和由基准电源MC1403，运放OP07及三极管8050组成的二次稳压电源。
3、如权利要求1所述的传感器，其特征在于所说的信号放大电路（12）采用由三只运放IC1、IC2和IC3集成在一体的差动仪表放大器。
4、如权利要求1所述的传感器，其特征在于所说的模数转换电路（13）采用LF331集成电压／频率转换器。
5、如权利要求1所述的传感器，其特征在于所说的交流放大整形电路（9）由进行交流放大的放大器OP07和进行整形的4069非门组成。
6、如权利要求1、2、3、4和5所述的传感器，其特征在于所说的计数显示器（10）为大规模集成频率计MC7225。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104864993A (zh) * 2015-04-25 2015-08-26 成都诚邦动力测试仪器有限公司 一种高效滤波处理的扭矩传感器
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