扭矩的测量方法和原理

目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上，

组成测量电桥，见图1。

用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力，从而计算出扭矩值。其优点是可直接测量传动轴的扭转变形，减少了由主电机功率和转速推

算的间接影响因素。

图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图

Fig.1 Strain gage distribution and builing bridge by torque

measuring on a driving axis

由材料力学可知，扭矩的计算公式为

M＝τW (1)

式中M——传动轴承受的扭矩；

τ——传动轴承受的剪切力；

W——抗扭断面系数(对实心圆轴)。

式中D——传动轴直径。

则M＝0.2τD3 (3) 因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应

力σ

1和最小主应力σ

，其绝对值均等于最大剪应力τ，即

根据虎克定律，剪应力为

式中E——传动轴材料的弹性模量；

μ——传动轴材料的泊桑比；

ε——传动轴的应变。

由式(3)可知，扭矩与应变呈线性关系。

扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈，经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。

图 2 扭矩测量框图

Fig.2 Block draft of the torgue measurement 1—应变电桥；2—振荡器；3—发送线圈；4—接收线圈；

5—鉴别器；6—计算机；7—传动轴

传感器原理与应用习题及答案

《第一章传感器的一般特性》 1 试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定： 1）该测速发电机的灵敏度。 2）该测速发电机的线性度。 2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。 3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？ 5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。 6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。《第二章应变式传感器》 1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。 2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。

紧固扭矩的检测方法

紧固扭矩的检测方法 2011-12-16 对紧固扭矩的检测是整机或部件组装后可靠性检查的极为重要的一道工序。检测的目的是为了避免螺纹连接件在紧固过程和紧固后发生超拧、漏拧和拧不足的现象，确保每个螺栓紧固后能正常工作对紧固扭矩的检测工序可分为二大类：即在拧紧过程中的控制法和拧紧后的检测。拧紧后的检测方法—简称事后法：大致可分为四种：拧紧法—也称增拧法。适用于重要紧固后的栓验。检验方法：用扭力扳手平稳用力逐渐增加力矩（切忌冲击），当螺母或螺栓刚开始产生微小转动时它的瞬时扭矩值最大（因要克服静摩擦力），继续转动，扭矩值就会回落到短暂的稳定状态，这时的扭矩值即为检查所得的扭矩。特点：操作简单，但必须熟练有经验。 b) 标记法—也称复位法、划线法、转角法。检查方法：检验前先在被检螺栓或螺母头部与被连接体上划一道线，确认相互的原始位置。然后将螺栓或螺母松开些，在用扭矩扳手将螺栓或螺母拧紧到原始位置（划线处要线对准），这时的最大扭矩值再乘以0.9-1.1所得的值即为检查所得的扭矩。特点：技术水平不高，操作较繁琐，不适宜有防松功能的紧固件。 c) 直觉法—拧紧后凭直觉判断检验方法：对有弹性垫圈类则观察是否压平来判断；对无弹性垫圈类或有弹性垫圈但观察困难，则可采用扭力扳手进行拧紧凭直觉来判断拧紧程度：若到扭矩值，扳手不转动或微小转动，判为已拧紧；若转动超过半圈为没有拧紧、不合格。特点：适宜于一般紧固检查。 d)松开法—也称拧松法检查方法：用扭矩扳手慢慢地向被检螺栓或螺母施加扭矩，便其松开，读取开始转动时的瞬时扭矩值，并根据试验和经验乘以一个系数：1.1-1.2即为检验扭矩值。

扭矩传感器的测量方法

采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。及由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方法：将扭矩应变信号在旋转轴上放大并进行v/f转换成频率信号，通过载波调制用无线电发射的方法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接收的方法，就可以得到旋转轴受扭的信号。艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/c310602464.html,/

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记

扭矩测量方法

扭矩测量的方法原理引言：扭矩是工厂场地上大多数设备的重要被测量对象之一。测量扭矩常常被误解，这就可能导致对测量系统的过度设计或设计不足。本文介绍多种用于扭矩测量的技术和折衷方法。扭矩可以分为两大类，静态扭矩或动态扭矩。用于测量扭矩的方法可以被进一步分为两类，反扭矩和联机扭矩测量。被测扭矩的类型以及现有各类传感器，对所测的数据精度及测量的成本有重要影响。在讨论静态和动态扭矩的比较中，最容易入手的是首先了解静力和动力的差异。简而言之，动力包括加速度，而静力则没有。动力和加速度之间的联系被描述为牛顿第二定律：F=ma(力等于物质质量乘以加速度)。以汽车自身物质(质量)把车停下所需要的力就是动力，因为汽车必须被减速。由刹车卡钳施加以停止汽车的力就是静力，因为所涉及的刹车垫没有加速度。扭矩只是旋转力或通过一定距离产生的力。根据前面的讨论，它被认为是静力，如果它没有角加速度的话。时钟弹簧施加的扭矩就是静态扭矩，因为没有旋转，因而也就没有角加速度。当汽车以匀速在高速公路上巡航的时候，通过汽车传动轴传输的扭矩就是一个旋转静态扭矩的例子，因为即使存在旋转，以匀速行驶也没有加速度。汽车引擎产生的扭矩有静态和动态扭矩，取决于测量的部位。如果在机轴中测量扭矩，当汽缸每一次燃烧且活塞旋转机轴的时候，就有大的动态扭矩波动。如果在传动轴测量扭矩，那几乎就是静态扭矩，因为调速轮和传动系统要阻尼引擎产生的动态扭矩。用曲柄提升车窗所需要的扭矩就是静态扭矩的例子，尽管涉及到旋转加速度，因为曲柄的加速和旋转惯性很小，与车窗运动有关的摩擦力相比，所产生的动态扭矩(扭矩=旋转惯性*旋转加速度)可以忽略不计。最后一个例子描述了一个事实，大多测量应用都在某种程度上涉及静态和动态扭矩。如果动态扭矩是整个扭矩的主要组成部分或是感兴趣的扭矩，那么，要特别考虑何时对其作出最佳的测量。反扭矩与联机扭矩的比较通过在扭矩支撑零件之间插入一种扭矩传感器，可以做联机扭矩测量，非常类似于在套筒和套筒扳手之间插入延长杆。旋转套筒所需要的扭矩直接由套筒延长杆支撑。该方法容许扭矩传感器被放置在尽可能与感兴趣的扭矩靠近的地方，并避免可能出现的测量误差，如寄生扭矩(轴承等等)、无关负载和具有大的旋转惯性的零件(会阻尼动态扭矩)。

盘点电机扭矩的测量方法有哪些

盘点电机扭矩的测量方法有哪些扭矩是电机试验中一个重要的参数，尤其是在电机效率评测中扭矩更是一个不可或缺的被测量，扭矩测量的准确性直接关系到电机效率的评测的正确性。目前使用的扭矩测量方法按照测量原理可分为平衡力法、传递法和能量转换法。一、平衡力法处于匀速工作状态的传动机械构件，其主轴和机体上一定同时存在一对扭矩T 和T，并且二者大小相等、方向相反。通过测量机体上的T来测量主轴上T 的方法称为平衡力法。设F 为力臂上的作用力，L 为力臂长度，则T=LF。通过测量作用力F和力臂L即可得出T和T。平衡力法的优点是不存在传递扭矩信号的问题，力臂上的作用力F容易测得；缺点是测量范围仅局限为匀速工作状态，无法完成动态扭矩的测量。二、传递法传递法利用传递扭矩时弹性元件的物理参数会发生某种程度的变化。利用这种变化与扭矩的对应关系来测量扭矩。按照不同的物理参数，可将传递法进一步划分为磁弹性式、应变式、振弦式、光电式等，目前传递法在扭矩测量领域应用最为广泛。图1 传递法分类 1.光电式扭矩测量法将开孔数完全相同的两片圆盘形光栅固定在转轴上，并将光电元件和固定光源分别固定在光栅两侧，转轴无扭矩作用时两片光栅的明暗条纹错开，完全遮挡光路，无光线照到光敏元件上不输出电信号;有扭矩作用时两个圆盘形光栅的截面产生相对转角，明暗条纹部分重合，部分光线透过光栅照到光敏元件上，输出电信号。扭矩值越大扭转角越大，照到光敏元件上的光线强度越大，输出电信号也就越大，通过测量输出的电信号能够测得外加扭矩的大小。图2 光电式扭矩测量原理该方法的优点是响应速度快，能实现扭矩的实时监测;其缺点是结构复杂、静标困难、可靠性较差、抗干扰能力差，测量精度受温度变化的影响较大。该方法不适用于刚启动和低

扭矩测量说明

扭矩测量说明一、测量原理：由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪应力状态，在与轴线成45 度的方向上有最大正应力σ1 和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜= τmax。相应的变形为ε 1 和ε2，当测得应变后，便可算出τmax 及扭矩（可以使用BeeData 自带的应变扭矩计算工具，直接计算出扭矩值）。测量时应变片沿与轴线成45°的方向粘贴（可以使用扭矩测量45 度角专用应变片）。由于采用无线传输技术，测量节点跟随轴旋转，不再需要拆轴安装扭矩传感器。二、粘贴应变片：正确粘贴应变片是保证扭矩准确测量的关键步骤，不合适的粘贴将引起零飘，蠕变等问题。为了减小电流消耗，推荐使用350 欧姆或更大阻值应变片。 1. 组桥方式：推荐使用专用扭矩测量应变片(45 度角)组成全桥进行扭矩测量。可以使用单片半桥应变片（比如BE350-5HA），上下对称沿轴向贴片，组成全桥，该贴法具有消除弯曲影响的优点。也可以使用单片全桥应变片，该贴法具有粘贴方便的优点，但是应变片成本较高，不能消除弯曲影响。图1 上下半桥贴法图2 单片全桥

2. 粘贴应变片 2.1 电阻应变片的选择：在应变片灵敏数K 相同的一批应变片中，剔除电阻丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用数字万用表的电阻档测量应变片的电阻值R，将电阻值在350 ±2Ω范围内的应变片选出待用(应变片灵敏系数由厂家标定，一般为2.00 左右)。 2.2 轴表面的处理：用锉刀和粗砂纸等工具将试件在轴上的贴片位置的油污、漆层、锈迹、电镀层除去，再用细砂纸打磨成45°交叉纹，之后用镊子夹起丙酮棉球将贴片处擦洗干净，至棉球洁白为止。见图2-1。打磨区图2-1 钢试件应变片粘贴处表面处理示意图测点定位：应变片必须准确地粘贴在试件的应变测点上，而且粘贴方向必须是要测量的应变方向（如果使用专用45 度角应变片，应变片沿轴向粘贴）。为达到上述要求，要在试件上用钢板尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与轴向一致。见图2-2。图2-2 应变片定位示意图 2.3 应变片粘贴： (1) 应变片的粘贴：注意分清应变片的正、反面(有引出线引出的一面为正面)，用左手捏住应变片的引线，右手上胶，在应变片的粘贴面(反面)上匀而薄地涂上一层粘结剂(502 瞬间粘结剂)。稍微等待一段时间，当胶水发粘时，校正方向(应变片的定位线与十字线交叉线对准)，再垫上塑料薄膜，用手沿一个方向滚压1~2 分钟即可。见图2-3。

传感器原理与应用在线练习

传感器原理与应用在线练习 (一) 单选题 1. 涡电流式传感器测量位移时,传感器灵敏度将因被测物体的（）的变化而发生变化。 (A) 形状 (B) 材料 (C) 表面有无裂纹 (D) 表面清洁度参考答案： (B) 没有详解信息！ 2. 传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）。 (A) 线性度越好 (B) 迟滞越小 (C) 重复性越好 (D) 分辨力越高参考答案： (D) 没有详解信息！ 3. 变间隙式电容传感器测量位移量时,传感器的灵敏度随（）而增大。

(A) 间隙的减小 (B) 间隙的增大 (C) 电流的增大 (D) 电压的增大参考答案： (A) 没有详解信息！ 4. 压电式传感器是个高内阻传感器,因此要求前置放大器的输入阻抗（）。 (A) 很低 (B) 很高 (C) 较低 (D) 较高参考答案： (B) 没有详解信息！ 5. 压电式传感器是属于（）型传感器。 (A) 参量型 (B) 发电型 (C) 电感型 (D) 电容型参考答案： (B)

没有详解信息！ 6. 半导体应变片的灵敏度和电阻应变片的灵敏度相比（）。 (A) 半导体应变片的灵敏度高 (B) 电阻应变片的灵敏高 (C) 二者相等 (D) 不能确定参考答案： (A) 没有详解信息！ 7. 当电阻应变片式传感器拉伸时,该传感器电阻（）。 (A) 变大 (B) 变小 (C) 不变 (D) 不定参考答案： (A) 没有详解信息！ 8. 为消除压电传感器联接电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响,应采用（）。 (A) 电压放大器 (B) 电荷放大器 (C) 相敏检波器 (D) 电流放大器

扭矩的测量方法和原理

扭矩的测量方法和原理目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上，组成测量电桥，见图1。用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力，从而计算出扭矩值。其优点是可直接测量传动轴的扭转变形，减少了由主电机功率和转速推算的间接影响因素。图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图 Fig.1 Strain gage distribution and builing bridge by torque measuring on a driving axis 由材料力学可知，扭矩的计算公式为 M＝τW(1) 式中M——传动轴承受的扭矩； τ——传动轴承受的剪切力； W——抗扭断面系数(对实心圆轴)。式中D——传动轴直径。则M＝0.2τD3 (3) 因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应力σ 1和最小主应力σ 3 ，其绝对值均等于最大剪应力τ，即

根据虎克定律，剪应力为式中E——传动轴材料的弹性模量； μ——传动轴材料的泊桑比； ε——传动轴的应变。由式(3)可知，扭矩与应变呈线性关系。扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈，经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。图 2 扭矩测量框图 Fig.2 Block draft of the torgue measurement 1—应变电桥；2—振荡器；3—发送线圈；4—接收线圈； 5—鉴别器；6—计算机；7—传动轴

压力传感器的测量原理

压力传感器的测量原理压阻式压力传感器：通常是将电阻膜片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在一个固定基体上，当基体受力发生应力变化时，膜片的电阻值也发生相应的改变，如果电路中有一个恒流源，从而使加在电阻上的电压发生变化。通过用电桥放大后测量该电压值，就可以知道施加到膜片上的压力值。电阻膜片应用最多的是金属电阻膜片和半导体膜片两种。金属电阻膜片又分丝状膜片和金属箔状片两种。金属电阻膜片是利用吸附在基体材料上金属丝或金属箔，受应力变化时，电阻发生变化的特性来测量的。应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。陶瓷电阻膜片没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，陶瓷电阻膜片的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向。扩散硅的原理，是利用被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化。电容式压力传感器：将膜片和基片构成一个腔体，待测压力使得陶瓷膜片弯曲情形，如此就能改变组件的电容量，借着加入必须的电子电路，尽可能将此变形与压力之变化互成关系。因此电容量的变化即比例于压力的变化。半导体压力传感器：此种装置也是应用压电效应与电桥电阻形式获得量测结果，在硅支撑物上利用扩散的方法，用以产生膜片，包含电桥电阻的单元以静电处理固定在支撑玻璃上。所以，它就与外界形成机械性的隔离。当硅质膜片偏向时，电桥的输出就随着改变。采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC 以内），因此，利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n 漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。压电式压力传感器：

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法转矩的几种测量方法：其中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。 1、平衡力类转矩测量装置及平衡力法以均匀速度运转的动力机械或者是制动的机械，是在机体上同时作用着与转矩大小相等，方向相反的平衡力矩。扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压电式扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％.扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压动态扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％. （通过测量机体上的力和力臂来确任动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。）平衡力法转矩测量装置又称作测功器，按照安装在平衡支承上的机器种类，可分为电力测功器、水力测功器等。平衡力测量机构有砝码、游码、摆锤、力传感器等。一般由旋转机、平衡支承和平衡力测量机构组成。平衡支承有滚动支承、双滚动支承、扇形支承、液压支承及气压支承等。平衡力法直接从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题。但它仅适合测量匀速工作情况下的转

矩，不能测动态转矩。 2、传递法传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变化与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又称扭轴法。根据被测物理参数不同，动态扭矩传感器基于传递法的转矩测量仪器有多种类型。在现代测量中，这类转矩测量仪的应用最为广泛。 3、转换法依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。从方法上讲，能量转换法实际上就是对功率和转速进行测量的方法。能量转换法测转矩一般只在电机和液机方面有较多的应用。

力和力矩的测量

力和力矩的测量力的定义：力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点是力的三要素。牛顿第二定律表述：动量对时间的变化率。F dp /d t = 国际单位：牛顿，简称牛，符号是N 。211/N kg m s =? 力矩定义：位矢和力的叉乘。物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。力矩单位是牛顿2米（N 2m ）对力的测量问题有两种基本方法：（1）直接比较（2）使用标准传感器进行间接比较直接比较方法利用某种形式的梁式天平，并且使用零位平衡技术。 1 力的测量 1.1等臂天平（如图中分析天平，精度可达0.1mg ）或非等臂天平。最简单的重量或力的测量系统。基于力矩比较原理工作的。由未知的重量或力产生的力矩，和一个已知量产生的力矩进行比较。 1.2摆式测力机构如摆式秤。输入量施加到负载杆上，使配重旋转向外移动。该移动使得配重作用力矩增加，直到负载力矩和摆秤力矩相等。 1.3 弹性传感器很多力传感器系统利用某种机械弹性件或弹性件的组合，对弹性件施加载荷导致一种类似的变形，通常是线性的，然后对该变形直接观察并且用于力的测量，或者使用另一个传感器来将该位移转换成另一种形式的输出，通常是电的形式。通常要对弹性件进行标定，如调整螺旋弹簧的有效圈数等。

1.4应变片测力计与将总变形用于测量载荷不同的是，应变片测力计根据单位应变来测量负载。电阻型应变片非常适合于这一用途。若要测量的是大载荷，可以使用直接拉压型元件。如果是小载荷，则可通过弯曲来放大应变。金属电阻应变片的原理：当金属丝或金属箔片被机械地拉长时，导体的长度将变长，截面将变小，因此其电阻发生变化。如果电阻元件长度紧密附着在发生这样应变的构件上，使得电阻元件也产生应变，那么测出的电阻变化可以根据应变来定标。金属应变片的应变片因子F 在通常要求的应变范围内基本上是个常数，而由实验确定的应变片因子F 的值，对于一种给定的材料是相当一致的。 1R F R ε?=在实际应用中，F 和R 的值是由应变片制造商提供的，使用者要根据被测的输入量情况确定R ?

传感器原理及应用习题答案(完整版)

2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ εμd R dR x + +=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢构件中传播的速度；又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 336211108.710/102--????= = ρ ν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228?=???=；可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||63 4max =???= = -π 。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片又如何接桥为什么 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、 R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变E h b Fl x 206= ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为：计算如下：由公式： o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =； 1牛顿=千克力；所以，F=。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*s 2.力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是。 ; 2-7、何谓压阻效应扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点如何克服答：“压阻效应”是指半导体材料（锗和硅）的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪器连接，使得测量系统简化。缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在(3-5)%之间，因而使得测量结果有(±3-5)%的误差。压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又部分地消除阻值随温度而变化的影响。 2-8 、一应变片的电阻R=120Ω，k=，用作应变片为800μm/m 的传感元件。

传感器原理及应用

《传感器原理及应用》讨论课报告书电感式传感器的基本原理及典型应用学院：机械工程学院班级：13-1机械电子工程（卓越）组员：李响夏中岩张轩赫贡献率：李响资料查询，整理40% 夏中岩资料整理，编辑30% 张轩赫PPT设计编写30% 指导教师：边辉完成日期：2016.05

目录摘要............................................................................................................................... - 2 - 1 物料分拣系统简述................................................................................................... - 3 - 2 物料分拣系统中的传感器....................................................................................... - 3 - 2.1 电机起停控制传感器.................................................................................... - 3 - 2.1.1 漫反射光电接近开关......................................................................... - 3 - 2.1.2 电容式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.3 霍尔接近开关..................................................................................... - 4 - 2.1.4 电感式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.5传感器应用比较.................................................................................. - 4 - 2.2 物料计数用传感器........................................................................................ - 5 - 2.2.1 对射型红外光电开关......................................................................... - 5 - 2.2.2 电涡流式传感器................................................................................. - 5 - 2.2.3 霍尔传感器......................................................................................... - 6 - 2.3 测速及定位传感器........................................................................................ - 6 - 2.3.1 光电耦合器，码盘............................................................................. - 7 - 2.3.2 增量编码器......................................................................................... - 7 - 2.3.3 传感器功能对比................................................................................. - 7 - 2.4 物料分类传感器............................................................................................ - 7 - 2.4.1色标传感器.......................................................................................... - 8 - 2.5 固态继电器.................................................................................................... - 8 - 3 传感器前景展望....................................................................................................... - 9 - 3.1 传感器在科技发展中的重要性.................................................................... - 9 - 3.2 先进传感器的发展趋势................................................................................ - 9 - 4 反思与收获............................................................................................................... - 9 -参考文献..................................................................................................................... - 10 -

传感器测量原理

第六章传感器原理与测量电路习题（一）填空题 1、属于能量控制型的传感器有电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器等，属于能量转换型的传感器有热电偶温度传感器、压电式加速度传感器等（每个至少举例两个）。 2、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用机械变形引起的电阻变化，后者利用电阻率变化引起的电阻变化。 3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动式工作方式。 4、压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：电荷放大器和电压放大器，后接电荷放大器时，可不受连接电缆长度的限制。 5、涡流式传感器的变换原理是利用了金属导体在交流磁场中的电涡流效应。 6、磁电式速度计的灵敏度单位是 V/（mm/s ）。 7、压电式传感器是利用某些物质的压电效应而工作的。（二）选择题 1、电阻应变片的输入为 2 。（1）力（2）应变（3）速度（4）加速度 2、结构型传感器是依靠 3 的变化实现信号变换的。（1）本身物理性质（物性型）（2）体积大小（3）结构参数（4）电阻值 3、不能用涡流式传感器进行测量的是 4 。（电涡流效应）（1）位移（2）材质鉴别（3）探伤（4）非金属材料 4、变极距面积型电容传感器的输出与输入，成 2 关系。 d A C r εε0= （1）非线性（2）线性（3）反比（4）平方 5、半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 3 。（1）长度（2）截面积（3）电阻率（4）高通 6、压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的 3 产生变化。（1）固有频率（2）阻尼比（3）灵敏度（4）压电常数 7、在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 4 传感

扭矩传感器原理

扭矩传感器原理
关键词: 扭矩传感器扭矩仪旋转传感器 1 综述电动助力转向系统 EPS(electric power steering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统 HPS(hydraulic power steering)相比,EPS 系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。EPS 系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。图 1 EPS 结构图如图 1 所示，EPS 主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，并将所需信息转化成数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。因此扭矩传感器是 EPS 系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。 2 电位计式扭矩传感器电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。 2.1 EPS 中扭杆式扭矩传感器的结构、原理扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂直移动。当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。 2.２扭杆式扭矩传感器的设计扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销（直径 D）与转向输出轴连接，基本结构如图 2 所示。图 2 圆柱截面扭杆结构图扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径 d0=(1.15~1.25)d ,长度 L=（0.5~0.7）d，为了避免过大的应力集中，采用过度圆角时，半径 R=（3~5）d，扭杆的有效长度为 l，d 为扭杆有效长度的直径。扭杆的扭转刚度 k 是扭杆的一个重要的物理量，可以参照下面的公式

传感器原理及其应用论文

传感器原理及其应用论文摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。一、传感器简介传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。（1）、传感器定义及分类信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。（2）、传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊