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什么是扭矩傳感器？
圖1 扭矩傳感器外觀
扭矩傳感器是一種測(cè)量扭矩（扭轉(zhuǎn)軸的力）的裝置，如圖 1 所示。
扭矩傳感器將扭矩施加到軸上時(shí)軸的微小扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成扭矩并輸出和顯示。它用于各種需要扭矩測(cè)量的場(chǎng)合，例如生產(chǎn)線的扭矩管理和工業(yè)設(shè)備的性能評(píng)估。
根據(jù)產(chǎn)品的不同，它也可能被稱為扭矩計(jì)或扭矩計(jì)。關(guān)于名稱的正確使用沒有任何規(guī)則，但一般有以下用法：在本文中，無論如何使用，都會(huì)使用術(shù)語(yǔ)“扭矩傳感器"。
扭矩傳感器
內(nèi)置于電動(dòng)自行車、機(jī)器人等中的測(cè)量裝置，利用檢測(cè)到的扭矩來控制電機(jī)和機(jī)器人。扭矩計(jì) 測(cè)量
螺絲刀等的緊固扭矩并通過顯示現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)扭矩值的測(cè)量裝置。扭矩計(jì)
用于電機(jī)測(cè)試設(shè)備中評(píng)估電機(jī)扭矩的測(cè)量裝置。
扭矩傳感器的應(yīng)用
使用扭矩傳感器的一個(gè)熟悉的例子是電動(dòng)輔助自行車。電動(dòng)助力自行車使用扭矩傳感器來檢測(cè)人施加在踏板上的力（扭矩）。電機(jī)根據(jù)扭矩提供必要的輔助力，減輕踏板的負(fù)擔(dān)。
扭矩傳感器常用的領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用。在工業(yè)應(yīng)用中，它們主要用于質(zhì)量控制以及測(cè)試和研究。
1. 質(zhì)量控制
出于質(zhì)量控制目的，主要用于以下情況：
突擊檢查
檢查所制造的容器的蓋子擰緊的程度。定期檢查
開始工作前，檢查生產(chǎn)線上使用的電動(dòng)螺絲刀是否在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。
2. 試驗(yàn)研究
出于實(shí)驗(yàn)研究目的，主要用于以下情況：
強(qiáng)度測(cè)量
測(cè)試 測(cè)量材料和零件的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。電機(jī)性能評(píng)估
通過向電機(jī)施加負(fù)載來評(píng)估性能的測(cè)量。測(cè)量機(jī)器的旋轉(zhuǎn)扭矩
測(cè)量輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)等的滾筒扭矩，以確定機(jī)器的最佳操作條件。
扭矩傳感器原理
扭矩傳感器按以下順序檢測(cè)扭矩。
扭轉(zhuǎn)力（扭矩）施加到軸上。
扭矩會(huì)導(dǎo)致軸扭曲和應(yīng)變。
測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)/應(yīng)變。
根據(jù)測(cè)量值計(jì)算施加到軸上的扭矩。
軸的扭轉(zhuǎn)和扭曲被處理并作為電信號(hào)輸出。許多扭矩傳感器都配備了放大器，可放大電信號(hào)并將其輸出到易于使用 A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)量的值。有些扭矩傳感器配有顯示儀表，可以讓您現(xiàn)場(chǎng)直觀地檢查扭矩值。
扭矩傳感器的類型
測(cè)量軸扭轉(zhuǎn)和應(yīng)變的方法有多種，但目前實(shí)際使用的扭矩傳感器常用以下四種方法。
1.應(yīng)變式扭矩傳感器
圖 2. 應(yīng)變計(jì)扭矩傳感器軸
該方法使用應(yīng)變儀來測(cè)量軸上的應(yīng)變。應(yīng)變計(jì)是一種傳感器，用于測(cè)量電阻隨膨脹和收縮而變化的應(yīng)變。如圖2所示，當(dāng)向軸施加扭矩時(shí)，軸上會(huì)產(chǎn)生±45°方向的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。使用應(yīng)變儀測(cè)量該應(yīng)力方向上的應(yīng)變。
2.電容式扭矩傳感器
該方法通過改變電容器的電容來測(cè)量軸應(yīng)變。將兩個(gè)電極放置在軸上，當(dāng)軸扭曲時(shí)，電極的位置發(fā)生變化，從而測(cè)量變化的電容。
與應(yīng)變片式相比，這種方法結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，軸長(zhǎng)度更短，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人扭矩傳感器。
3、磁致伸縮扭矩傳感器
該方法通過線圈電感的變化來測(cè)量軸向應(yīng)變。當(dāng)扭轉(zhuǎn)力施加到軸上時(shí)，磁導(dǎo)率（磁通通過的難易程度）會(huì)發(fā)生變化。這一原理稱為逆磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮扭矩傳感器具有放置在軸外部的線圈，并通過線圈的電感的變化來檢測(cè)軸的磁導(dǎo)率的變化。
磁致伸縮扭矩傳感器可以非接觸式測(cè)量扭矩，并具有以下優(yōu)點(diǎn)：
可以測(cè)量電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸的扭矩。
由于無需將傳感器連接到軸上，因此可以在不犧牲軸強(qiáng)度的情況下測(cè)量扭矩。
4. 光學(xué)扭矩傳感器
該方法使用光學(xué)傳感器來測(cè)量軸應(yīng)變。如果軸扭曲或變形，發(fā)射器和接收器的位置就會(huì)移動(dòng)，導(dǎo)致接收到的光量出現(xiàn)差異。接收到的光量的差異被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并被檢測(cè)為扭矩。
有關(guān)扭矩傳感器的其他信息
內(nèi)置扭矩傳感器的產(chǎn)品
由于最近的技術(shù)發(fā)展，扭矩傳感器變得越來越小，并且還出現(xiàn)了內(nèi)置扭矩傳感器的產(chǎn)品。在此介紹工業(yè)用內(nèi)置扭矩傳感器的產(chǎn)品。
1.扭矩傳感器-內(nèi)置電機(jī)將
電機(jī)、減速機(jī)、扭矩傳感器組合在一起的產(chǎn)品。由于無需外部安裝減速器或扭矩傳感器，因此可以使裝置變得更小。
由于可以使用扭矩傳感器直接測(cè)量輸出軸的扭矩，因此可以進(jìn)行高精度的扭矩控制。這使得設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)行并檢測(cè)人體接觸，從而使設(shè)備更安全。
2.機(jī)器人扭矩傳感器
圖 3.協(xié)作機(jī)器人內(nèi)置的扭矩傳感器。
近年來，內(nèi)置扭矩傳感器的關(guān)節(jié)型機(jī)器人已經(jīng)商業(yè)化。尤其是，內(nèi)置扭矩傳感器的機(jī)器人在協(xié)作機(jī)器人類別中呈上升趨勢(shì)。當(dāng)內(nèi)置于協(xié)作機(jī)器人中時(shí)，如圖 3 所示，它呈圓柱形并內(nèi)置于機(jī)器人手臂中。
扭矩傳感器檢測(cè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)軸的輸出扭矩，控制機(jī)器人工作所需的推力和其他力，并檢測(cè)與人或障礙物的接觸。扭矩傳感器是機(jī)器人執(zhí)行更高級(jí)任務(wù)并在與人類相同的空間中協(xié)同工作的必要設(shè)備。該領(lǐng)域的扭矩傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將繼續(xù)增長(zhǎng)。
