磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪设计
磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪设计
徐
君1，朱颖1，潘万苗1，应献1，葛荣杰2
（1.国家电机及机械零部件产品质量监督检验中心，浙江台州318000；2.94782部队，浙江杭州310021）
摘
要：微扭矩传感器适用于微小扭矩测量，具有测量精度高、分辨率高和不确定度小等特性。常规的扭矩传感器校
准仪常采用悬臂梁加砝码的结构，结构简单，稳定性好，但也存在摩擦阻力矩等干扰因素，难以满足微扭矩传感器计量校准。一种新型微扭矩传感器校准仪在原有悬臂梁加砝码的结构基础上，
垂直放置扭矩传感器，并采用磁悬浮结构、纯扭矩加载方式和轻质复合材料，极大消除了摩擦阻力矩等干扰因素的负面影响，提高了测量精度。
关键词：校准仪；微小扭矩测量；磁悬浮结构；纯扭矩加载；垂直放置中图分类号：TP212.1；TM930.12
文献标识码：A
文章编号：1674-5124（2010）02-0094-03
Design of micro-torque sensor calibrator based on magnetic suspending effect
XU Jun 1，ZHU Ying 1，PAN Wan-miao 1，YING Xian 1，GE Rong-jie 2
（1.National Center of Supervision and Inspection on Electric Machinery and Mechanical
Components Products Quality ，Taizhou 318000，China ；2.94782Unit of PLA ，Hangzhou 310021，China ）
Abstract:Micro-torque sensor which is used in the field of micro torque measurement ，has the properties of high
measurement precision ，high resolution and small uncertainty.Traditional calibrator ，which adopts the structure of cantilever and weight ，has the advantages of simple structure and good stability.But it also has the disadvantage of frictional torque ，can not satisfy the calibration of small torque sensors.A new micro torque sensor calibrator has been designed ，which is based on traditional structure of cantilever and weight.It adopts magnetic suspending structure ，pure torque -lording and light composite materials ，and the torque sensor is vertically placed ，which greatly eliminates interfering factors such as frictional torque and hugely improves the measurement precision.Key words:Calibrator ；Micro torque measurement ；Magnetic suspending structure ；Pure torque-loading ；Vertically place
收稿日期：2009-05-12；收到修改稿日期：2009-08-06作者简介：徐
君（1983-），男，浙江台州市人，工学硕士，
专业方向为精密机械设计与检测。
1引言微扭矩传感器适用于微小扭矩测量，具有测量精度高、分辨率高和不确定度小等特性，如奇石乐
（KISTLER
）微扭矩传感器量程为0~0.2Nm ，精度等级为0.05，我国50Nm 静重式扭矩基准机的最小测量扭矩为0.5Nm ，难以满足该微扭矩传感器的计量
校准要求[1]。目前，
扭矩传感器的计量校准多采用扭矩静态标定，比较成熟的方法为悬臂梁加砝码[2]。其
主要原因是标准砝码质量精度高、
稳定性好，如毫克组E 1等级砝码最小质量为1mg ，最大测量允许误差为0.003mg [3]，但也存在摩擦阻力矩[4]等干扰因素。该文在传统悬臂梁加砝码的结构基础上，采用磁悬浮
结构[5-8]、
纯扭矩加载方式[4，9]
和复合材料，设计了新型微扭矩传感器校准仪。
2
微扭矩传感器校准仪设计
2.1
工作原理
新型微扭矩传感器校准仪结构原理图如图1所示。待校准的微扭矩传感器通过定位块和抱紧块固定在底座上，转轴上安装力臂；两根导轨对称固定在底座上，并在上面安装可沿导轨上下移动的轴承架；轴承架上安装微型轴承；引线绕过力臂圆弧状的端部并挂在微型轴承上，一端固定在力臂上，另一端固定一砝码；力臂中心处磁铁与磁座中心处磁铁处于相吸状态，调整磁座高度来改变磁力大小，进而使力臂处于悬浮状态；底座上安装调高支撑脚，调节整个机构到水平位置。2.2
磁悬浮结构设计
通常情况下扭矩传感器校准时，采用水平放置，如图2（a ）所示。力臂重力G 会在扭矩传感器转轴上产生弯矩M ，进而影响机构的灵敏度和测量精度。
第36卷第2期2010年3月中国测试
CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.36No.2March ，2010
第36卷第2期对扭矩传感器摆放位置进行改进，采用垂直放置方式，如图2（b ）所示。这种方式可以保证力臂的重心落在传感器转轴的中心位置，从理论上消除了力臂重力G 施加在扭矩传感器转轴的弯矩M ，但也会在扭矩传感器内部产生静摩擦阻力矩M f 。
为了消除静摩擦阻力矩M f 的影响，在垂直放置的力臂基础上增加磁悬浮装置，如图3所示。
在力臂和磁座的旋转中心位置上分别安装圆盘状永磁铁，通过调节两者间的距离d 来改变磁力
的大小，进而达到平衡重力G 的目的，
使力臂处于悬浮状态。两磁铁的半径一大一小且中心位于轴线O ′O ″上，这种结构可以保证力臂即使发生旋转系统
磁通量增量ΔΦ始终为零，
不会引入额外的阻力矩；同时可保证两磁铁中心安装位置有一定的同轴度偏差，简化制造工艺。2.3新型力臂设计
传统的力臂多采用金属材料（如铝合金），矩形
结构，如图4
（a ）所示。由图4（b ）可知，O 处为扭矩传感器转轴安装位置，系统通过在力臂一端加载作用
力F 来产生扭矩T ，当力臂在多种不确定因素（如环
境震动、
扭矩扭转、人为干扰等）的干扰下，使其实际位置和理论位置出现角度偏差α。此时，力臂有效作用长度发生变化，进而使扭矩T 的实际值与理论值出现偏差，引入测量误差。
在传统力臂基础上进行改进设计。首先，采用轻质复合材料作为力臂材料，减轻重量。该复合材料以环氧树脂为基体，碳纤维为增强体，具有比重小、比强度和比模量大等特点。其次，力臂两端设计成圆弧状，结构如图5（a ）所示。
由图1可知，作用力（记为F 1和F 2）是砝码重力通过引线施加在力臂上的。同时，引线绕在力臂圆弧状的端部上，当力臂实际位置与理论位置的角度偏差α在一定范围内变化时，引线始终与力臂圆弧状
的端部相切，如图5
（b ）所示。这种结构可保证：（1）力臂有效作用长度始终不变。由于作用力方向与引线方向一致，那么力臂有效作用长度为圆心O 点到切点之间的距离，即始终为半径R 。
（2）实现纯扭矩加载目的。由于作用力是等质量的砝码通过引线施加在力臂上的，那么力臂两端的作用力大小相同且方向相反，系统的合外力为零，只有扭矩T ，即实现纯扭矩加载。
数学模型可描述为[10]：
1
2
34141312
A
5
678
9
1011A
1.磁座；
2.力臂；
3.轴承架；
4.调高支撑脚；
5.底座；
6.导轨；
7.砝码；
8.引线；
9.磁铁；10.待校准的微扭矩传感器；11.轴承；12.抱紧块；13.导柱；14.定位块
图1新型微扭矩传感器校准仪结构原理图
M
G
G M f
力臂
扭矩传感器转轴
（a ）水平放置
（b ）垂直放置
图2扭矩传感器水平放置与垂直放置对比图
O ′F ′F ″O ″
G d
ωO ′（O ″）
O ′（O ″）
ωΔΦ=0磁座
力臂
磁铁N 极磁铁S 极
图3磁悬浮结构
T O
L
R
F B
B ′A αA ′（a ）
（b ）
实际位置
理论位置图4传统力臂及其受力分析图
徐君等：磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪设计
95
中国测试2010年3月
T=（F1+F2）R=2mg1-ρa
w
R（1）
-AB 2R ≤α≤AB
2R
（2）
式中：T——
—作用在力臂上的扭矩；
F1、F2——
—作用在力臂两端的力；
m——
—砝码在真空中的质量；
g——所在地的重力加速度；
ρa——
—空气密度；
ρw——
—砝码材料密度；
R——
—力臂半长；
α——
—力臂实际位置与理论位置的角度偏差；
AB——
—弧AB的长度。
当力臂宽度L远远短于力臂半长R，即L< -L≤α≤L 3结束语 通过采取待校准的扭矩传感器垂直放置、磁悬浮结构、轻质复合材料、力臂两端圆弧结构、纯扭矩加载等措施，从理论上消除了外界诸多不利因素对测量精度的影响。同时为验证该微扭矩校准仪的实际效果，下一步将开展实验检验和实验室比对活动。 参考文献 [1]JJG2047-2006，扭矩计量器具[S].北京：中国计量出版社， 2006. [2]张玉存，李群.一种新型扭矩传感器校验仪[J].计量 学报，2006，27（3）：254-257. [3]JJG99-2006，砝码检定规程[S].北京：中国计量出版社， 2006. [4]韩丽丽，刘振宇，孙宝元.新型纯扭矩加载器的设计及 结构优化[J].中国机械工程，2008，19（20）：2400-2403. [5]胡业发，许开国，张锦光，等.磁悬浮风力发电机用磁力 轴承的分析与设计[J].轴承，2008（7）：6-10. [6]王晓光，姜奎，戴迎宏，等.磁悬浮盘片支承原理的研究[J]. 湖北工业大学学报，2007，22（4）：14-17. [7]马磊忠，徐龙祥.薄圆盘形转子5自由度磁悬浮轴承系统 研究[J].制造业自动化，2009，31（1）：31-57. [8]黄淑娟，万德安.高精度纯扭矩加载与测量装置的研制[J]. 传感技术学报，2003（2）：190-198. [9]陈太星，丁国清，廖黎莹.转向管柱万向节微小摆动 扭矩测量方法的研究[J].计算机测量与控制，2007，15（12）：1671-1704. [10]郭斌，林海.扭矩基准装置测量结果的不确定度评定[J]. 中国计量，2004（2）：69-70. 图5信号采集测试程序 4结束语 基于USB的多路数据采集系统利用ARM+ FPGA的设计模式对AD7656模/数转换器进行控制，实现了同时完成对16路-10～＋10V的模拟信号进行采集转换。经试验测试，设计完全满足系统要求，并且提高了数字信号处理的速度和精度。此外该设计的外围电路配置简单、便于携带、成本低、使用灵活，有较好的应用前景，应用领域也会越来越广泛。 参考文献 [1]刘书明，刘斌.高性能模数与数模转换器件[M].西安： 西安电子科技大学出版社，2000. 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[7]刘小林，范育兵.基于FPGA的多通道数据采集系统设计[J]. 电子技术与应用，2009. （上接第83页）） ） ） ） ≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈96 基于电阻应变式扭矩传感器与MSP430的扭 矩测量系统设计 2.应变式扭矩传感器 2.1 金属应变计工作原理 电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应[4]。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。 例如，一段金属丝的电阻R 与丝的长度L ，横截面A 有如下关系： L R A ρ = （2-1） 若金属丝受到拉力F 作用伸长，伸长量设为l ?，横截面积相应减少A ?，电阻率的变 化设为ρ?，则电阻的相对变化量为： R l A R l A ρρ????=-+ （2-2） 又因为对金属丝来说2 22,2, 2A r r r A r A rdr A r r ππππ???=?===于是有： 2R l r R l r ρ ρ????=-+ （2-3） 由材料力学知，弹性限度内材料的泊松系数为//r r l l μ?=-?，则有 0(12)R l l K R l l ρμρ????=++= （2-4） 式中0/12/K l l ρρ μ?=++ ?为金属丝的灵敏度系数，它越大表明单位应变引起的电阻相对变化越大。若令l l ε?=为金属丝的轴向相对应变，则 (12)R R ρρμεε ??=++ （2-5） 从上式可知，灵敏度系数受两个因素影响：一个是受力后材料的几何尺寸的 变化，即12μ+；另一个是受力后材料晶格畸变引起电阻率发生的变化及 ρ ρε ?。对金属材料电阻丝来说，灵敏度系数表达式中12μ+的值要比 ρ ρ ε ?大得多。因此 在相当的范围内，电阻的相对变化与金属丝的纵向应变ε成正比，也及金属丝有着不错的线性度。 2.2 扭矩测量原理 弹性体是扭矩传感器的关键部件，它直接与被测对象接触（例如电机转轴）并引起应变片产生形变。 弹性轴在受到扭转时发生形变（如图），轴上会有应力和应变产生。其横截面会受到一个剪应力，该剪应力按照直线规律变化，在轴的中心处为零，轴的表面达到最大[4]。 (1)弹性轴横截面剪应力 （2）弹性走表面法向张力 图2.1 弹性轴横截面与表面手里分析 现在从弹性轴的径向表面上取一个单元进行研究，如图，在其与杆轴成45度与135度的斜面上，受到法向应力，此法向应力为主应力，其数值等于横截面上的剪应力τ[4]。图中，此应力在一个方向上受拉伸，另一个方向上受压缩。 一、总则 为了保证公司员工对设备的规范操作与合理使用,结合公司实际情况,加强对设备的控制,特制定本规程。 二、适用范围 本规程适用于型号为B400N.m的数字扭力测试仪。 三、定义 B型数字扭力测试仪是专为各种类型的手动、电动、气动螺丝紧固工具测定扭力大小的仪器。 测量仪可以顺时针，逆时针工作。 B400型的传感器是与仪器的通道1联接的，测量范围0～400N.m\4.1～40.8kgf.m\14.7～147.6lbf.ft。 精度±0.5% 四、操作步骤 1、控制面板说明：面板中分为电源开关、通道显示窗口、工作方式显式、扭力显示窗口、单位选择、控制开关。 工作方式显示说明： 【PEAK】方式是用来得到和显示最大扭力读数 【TRACK】方式是用来1，设置测量零点；2.跟踪动态扭力读数。 【IMPACT】方式专用于冲击式电动，气动工具测试。 控制开关说明 【LOAD】通道选择，此仪器有三个通道对应三只不同量程的传感器。 【ZERO】零点调整，测量前，必须先在”TRACK”状态下按一下该键，软件自动调零，再选择合适的工作方式。 【MODE】工作方式选择，可选择“PEAK”方式；”TRACK”方式“IMPACT”方式 【CLEAR】用于清除“PEAK”或“IMPACT”工作方式得到的峰值，为下次测量准备。 【UNIT】单位选择，可循环选择。 2、用四个螺丝固定好传感器，用接线将传感器与扭力仪正确链接，扭力仪接上电源。 3、为需待测的扭力工具选择合适可与扭力传感器链接的互换接头。 4、打开电源，用”LOAD”键选择要使用的通道和传感器。 5、用“UNIT”键选择合适的测量单位。 6、在TRACK”状态下，按“ZERO”键设置零点。 7、用“MODE”键选择合适的工作方式。 8、开始测量，记录数据， 五、注意事项 1、不可使用超过最大允许负荷的扭力工具，以免损伤传感器。 2、不要敲打或震击仪器。 3、使用时确定传感器在自由放松状态。 4、避免在有水、油、灰尘、有电气噪音的地方使用。 5、合适的湿度35%～65%RH,合适的温度15～40oC 4、避免在有水、油、灰尘、有电气噪音和液体飞贱的地方使用。 5、仪器使用合适的温度15～40o，合适的湿度35%～65%RH. 研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室 磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试 根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得： 本产品是通用型数字扭矩传感器，通过弹性或刚性联轴器将传感器安装在动力设备与负载设备之间。转速测量采用光电码盘设计。主要用于航天、航空、汽车、建筑、化工、机械行业等领域： 1、风机、水泵、电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测； 2、齿轮箱、扭力板手的扭矩及功率的检测； 3、大型机车、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测； 4、可用于制造面粉粘度计； 技术特点是： 1.可以测量静态旋转扭矩及动态过程的旋转扭矩。 2. 测量正向，反向扭矩时不需要调零，输出信号为频率信号。 3. 结合电子技术实现非接触电源供电输入与扭矩信号输出。 4. 扭矩的测量与旋转速度，方向无关。 5. 数字化处理信号输出，抗干扰能力强，性能稳定可靠，使用寿命长。 6. 扭矩的频率输出的范围：(正反向)。 7. 输入电源极性，幅值保护，输出信号保护。 8. 体积小，重量轻，安装方便。 9. 可测量正反向扭矩，转速及功率。 安装注意事项是： 1.使用两组联轴器，将传感器安装在动力设备与负载之间。一端用法兰盘或连接套与被测设备相连，另一端固定或施力 2.分别调整动力设备、负载、传感器的中心高度和同轴度，要求小于0.05mm，然后将其固定，并紧固可靠，不允许有松动，使用小量程或高转速传感器时，更要严格保证连接的中心高和同轴度。否则可能造成测量误差及传感器的损坏。 3.连接时可选用刚性或弹性联轴器，在震动较大或同轴度无法保证安装要求时（大于0.05mm，小于0.2mm），建议选用弹性联轴器（会影响测量精度）， 安装同轴度超过0.2mm时，严禁使用。 使用中如有疑问请及时与郑州沐宸自动化科技有限公司联系，保修期之内不得自行拆卸，如果传感器不能满足您的要求，传感器本体及外壳没有任何损伤的前提下可以进行更换处理。 1 范围 本规程适用本公司分贝仪TES 1350A 2 规范性引用文件 GB/T 3785 3 操作使用 3.1打开仪表的背面的电池盖，装上一枚9V电池，当电池老化时，LCD会显示“BT”符号，表示此时电池即将不能使用，必须更换一个新电池。 3.2打开电源开关并选择适当的档位Hi或Lo 3.3要读取即时的噪音量请选择RESPONSE（响应）的F（FAST）快速，想获得当时的平均噪音量则选择S（SLOW）慢速 3.4 如果要测量音量的最大读值可使用MAX HOLD功能将RESPONSE开关选在MAX HOLD 位置按下RESET按键开始测量最大音量 3.5 要测量以人为感受的噪音量请选择FUNCT（功能）的A加权，如果要测量机器所发出的噪音则选择C加权，测量前可先选择CAL94Db自我校正一次判断仪表是否正常。 3.6 手持噪音计或将噪音计架在三脚架上以麦克风距离音源约1~1.5公尺距离测量。 3.7. 测量完毕将电源开关关于POWER OFF位置 4、根据分贝仪的使用要求，有下列情况之一的应进行校准。 4.1使用到规定期限的 4.2 因使用或保管不当，引起损伤或变形的 4.3 新购买入库的 4.4 未有标示，需要重新鉴定的 4.5 其它认为需要鉴定的 5、校准程序 需要进行校准的检测量具需由本公司品质部根据检测周期提出 5.1检测单位认可。 国家法定并颁发合格证有对外经营资格的计量检测单位，为合格检测单位。 5.2 标识更换。 对以检测结果的检测量具必须更换标识 5.3 标识为：合格标识、不合格标识、封测标识。 对检测认定合格的分贝仪更换“合格”标识（标识内容：检测设备名称、检测日期、鉴定周期、鉴定单位、合格标识、校正值）。对暂不使用的检测量具用“封存”标识。对经检测为不合格且无维修价值，由品质部申请报废，并在相关记录中加以注明 5.4校准周期不超过1周年 磁悬浮列车演示实验报 告 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT 磁悬浮列车演示实验报告 【实验目的】 1.利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮； 【实验器材】 1．超导磁悬浮列车演示仪，如下图所示。由两部分组成：磁导轨支架、磁导轨。其中磁导轨是用550?×?240?×?3椭圆形低碳钢板作磁轭，按图70-2所示的方式铺以18?×?10×6?mm的钕铁硼永磁体，形成磁性导轨，两边轨道仅起保证超导体周期运动的磁约束作用。 2．高温超导体，是用熔融结构生长工艺制备的，含Ag的YBacuo系高温超导体。之所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77KC（-196℃）下呈现出超导性，以区别于以往在液氦温度42K（-269℃）以下呈现超导特性的低温材料。样品形状为：圆盘状，直径18?mm?左右，厚度为6?mm?，其临界转变温度为90K左右（-183℃）。 3．液氮。 上图：实验装置图? 下图：磁导轨 【实验原理】 实验原理： 超导是超导电性的简称.它是指金属或合金在极低温度下(接近绝对零度)电阻变为零的性质.它是一种宏观量子现象,只有依据量子力学才能给与正确的微观解释.这就是BCS理论. 这是一台高临界温度超导磁悬浮的动态演示装置.该装置为一个盛放高临界温度超导体的简易列车模型,在具有磁束缚的封闭磁轨道上方,利用超导体对永磁体的排斥作用,演示磁悬浮;;并可在旋转磁场加速装置作用下,沿轨道以悬浮或倒挂悬浮状态无磨擦地连续运转. 当将一个永磁体移近钇钡铜氧YBaCuO超导体表面时,磁通线从表面进入超导体内,在超导体内形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界电流,从而对永 磁体产生排斥,排斥力随相对距离的减小而逐渐增大,它可以克服永磁体的重力使其悬浮在超导体上方一定的高度上;高温超导体是用熔融结构生长工艺制备的含Ag的YBaCuO系高温超导体,所以称为高温超导体是因为它在液氮温度 77k(-196°C)下呈现出超导性,以区别于以往在液氦温度42k(-269°C)下呈现出超导性的低温材料.它的形状为圆盘形,其临界转变温度为90k(-183°C).超导体样品放在一铝制的列车模型中,四周包有起热屏蔽作用的铝箔,这样可使超导体在移开液氮后仍能在一段时间内保持自身温度在其临界温度以下,以延长演示时间. 磁性轨道是用钢板加工成椭圆形轨道用作磁轭,上面铺以钕铁硼(NdFeB)永磁块(表磁为形成磁性导轨.两边轨道起保证超导体周期运动的磁约束作用. 加速装置是使永磁体绕水平轴旋转在竖直面内产生旋转磁场的方法来实现的.在扁圆柱形的尼龙轮上, 镶有四块钕铁硼(NdFeB)磁块,尼龙轮固定在玩具电机 工作原理： 传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。下面为扭矩测量的主要工作原理框图，由于采用了能源与信号的无接触传输，完美的解决了旋转状态下的扭矩测量。 电源 当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出对应的转速。 技术指标： 1.测量范围：0.5N·m--5万N·m（分若干档） 2.非线性度：±0.1%--±0.3%（Ｆ·Ｓ） 3.重复性：±0.1%--±0.2%（Ｆ·Ｓ） 4.精度：±0.2%--±0.5%（Ｆ·Ｓ） 5.环境温度：-40℃--70℃ 6.过载能力：150% 7.频率响应：100 μs 8.输出信号: 频率方波 (标准产品)，也可以为4-20毫安电流或电压信号 零扭矩: 10 KHz 正向满量程: 15 KHz 反向满量程: 5 KHz 9.输出电平：5V （可以根据客户的要求作出调整),负载电流<10mA 10.信号插座： (1)0. (2)+12V. (3)-12V. (4)转速. (5)扭矩信号. 11．绝缘电阻：大于200MΩ 12．相对湿度：≤90%RH 量程选择： 转矩转速传感器的量程选择应以实际测量的最大转矩来确定，通常情况下应留有一定余量，防止出现过载以至于损坏传感器。 计算公式：M=9550*P/N 1 M：转矩单位（牛.米）P：电机功率单位（千瓦）N：转速单位（转/分钟） 如您使用的电机为三相感应电机，转矩量程应选择为额定扭矩的2-3倍，这是由于电动机的启动转矩较大的缘故。 型号选择 C系列转速转矩传感器 代号类型 4 常规动态测试 5 静态（适用于非旋转场合） 6 小量程（10牛米以下） 4A 为4型换代产品 6A 为6型换代产品 7 可以同时测量轴向力 量程测量范围（NM） 0.5 0—0.5 1 0—1 2 0—2 5 0—5 10 1—10 20 2—20 50 5—50 100 10—100 200 20—200 300 30—300 500 50—500 700 70—700 1000 100—1000 2000 200—2000 5000 500—5000 10000 1000—10000 20000 2000—20000 50000 5000—50000 代号输出形式 1 频率输出 2 4-20mA 3 电压输出 代号精度等级 A 0.2 B 0.5 2 1 目的： 正确指导扭矩测试计的操作、使用、维护保养。 2 范围： 本规程适用于本公司生产过程中对电动起子的扭矩进行校正所使用的扭矩测试计的操作。 3扭矩测试计型号： 跟据需要调节扭矩的大小选择对应的扭矩起子（0-1.2N/m、1-5 N/m）。 4校正方法 4.1将要测试扭矩的电动起子取下螺丝刀头，将扭矩调节旋钮逆时针调至最 小，并将转动方向设定为顺时针方向。 4.2选择对应扭矩起子的转接器，将对应电动起子刀头的一端装入电动起子。 4.3跟据紧固件的型号按下表选择扭矩参数： 4.4设定所要求的扭矩：将副标圈的零刻度线对准轴筒刻度的中心线，然后顺 时针旋转套筒增加扭矩，到达所需要的扭矩值处，停下即可。 4.5将扭矩起子的套筒套上转接器对应端。 4.6扭矩起子与电动起子水平放置，固定。 4.7启动电动螺丝刀，观查扭矩起子的轴筒是否与电动起子一起转动。如不转 动，则顺时针调 节电动起子的扭矩旋钮，适当增大扭矩值，再启动电动起子观查扭矩起子的轴筒是否与 电动起子一起转动。反复上述操作，直至扭矩起子的轴筒与电动起子一起转动，此时扭矩起子发出“嗒，嗒，嗒…”的声音，则电动起子的扭矩值达到要求值。 4.8取下扭矩起子与转接器，装入螺丝刀头。电动起子扭矩值设定完成。注意 在此过程中不要转动电动起子的扭矩调节旋钮。 5注意事项 5.1为保证施加的扭矩值准确，在使用过程中，固定位置应始终保持在扭矩起 子手柄的中央部位。 5.2使用过程中，不要随便转动扭矩起子的轴筒部位，以防影响准确度。 5.3调节有刻度的轴筒时。不允许超出刻度范围，以防引起内部机构的损坏。 5.4每次使用完毕后应将扭矩设定在最小位置。 编制：审核：批准： 自制教具 磁悬浮列车 设计方案 一、制作材料：53cm × 20cm×3cm的木料、2cm×1cm×3mm的强力磁铁一百多块、小型铁钉一包、几片10厘米×5厘米的薄木片、53厘米×20厘米、21厘米×20厘米的玻璃各两快、若干装饰彩纸等材料。 二、制作工具：老虎钳、羊角锤、剪刀、尺子等。 三、制作过程： 1. 准备一块长方体木料，大小大致53cm×20cm×3cm，在53cm ×20cm长方形面上横向留出2条宽2厘米磁铁轨道槽，磁铁轨道槽上方用薄木片盖上，并用铁钉加以固定（这样可以防止强力磁铁在拼装过程中向外挤压，可以使强力磁铁的拼装更加方便。） 2. 磁铁轨道槽钉上薄木片以后，把磁铁按排列单位进行横向组合连续磁铁拼装，并将两条磁铁轨道槽拼装完整。两条轨道的磁铁排列呈左右对称方式。 3. 准备一块厚2cm的木料板，木料板宽度略小于53cm ×20cm×3cm长方体木料，长度自定。留出方式和53cm × 20cm×3cm 长方体木料相同。列车上的底面磁铁轨道拼装方式和53cm ×20cm×3cm长方体木料类似，磁铁方向也横向组合连续拼装，以 增强列车悬浮滑行的稳定性，列车上的两条底面磁铁轨道呈左右对称方式，宽度和53cm × 20cm×3cm长方体木料磁铁轨道相同。 4、依据53cm × 20cm×3cm长方体木料，制作底座，用以安放53cm × 20cm×3cm长方体木料。 5. 准备4块玻璃，长53厘米、宽20厘米，长21厘米、宽20厘米的玻璃各两块，再将这4块玻璃固定到长方体底座木料的前后左右四侧，玻璃下面部分和长方体底座木料对齐，成为列车防滑护栏板。为防止悬浮列车滑出两侧，在列车防滑护栏板左右两侧再固定几块小型防滑玻璃。这样即能保证磁悬浮列车的稳定性，又能保障高效的演示性。 6. 最后在根据个人喜好对磁悬浮列车模型进行装饰，模型即宣告制作完成。 注意：1、拼装要紧密； 2、磁铁片的同极向上； 3、拼装时，钉一次薄木片拼装一次，并钉钉抵住磁铁，防止磁铁向外挤压，用相同方法直至拼装完四条磁铁轨道槽。 使用说明： 1. 将磁悬浮列车模型的列车部分，磁铁面朝下横放入列车底座防滑护栏板之间，即能实现列车的有效悬浮，悬浮高度大约是3厘米。 扭矩测量仪设计说明书 目录 一、设计背景 (3) 二、设计题目与设计要求 (3) 三、扭矩测量及应变片的原理 (3) 1、扭矩测量的原理 (4) 2、应变片的原理 (4) 四、总体方案确定 (5) 五、具体方案设计 (5) 1、扭矩传感器的设计 (6) 2、信号的中间变换与传输 (7) 3、试验数据采集系统设计 (10) 六、测量误差分析及数据处理 (11) 七、参考文献 (12) 八、附件 1、CAD图 2、感想 一、设计背景 不久前，市场研究机构Darnell Group在一份报告中指出，2010年扭矩测量仪价格预计将与现有模拟产品持平。扭矩测量仪的平均价格已经从几年前的6美元降到了目前的3美元以下，预计2010年将跌破2美元。Darnell表示，随着数字与模拟控制器解决方案价格趋同，更多、更符合具体应用的第二代扭矩测量仪推出，软件开发环境持续改善，以及市场更加了解扭矩测量技术等因素的推动，扭矩测量产品生命周期的“引入”阶段接近结束，扭矩测量仪市场将迎来加速增长。 现在，中国已成为全球最大的数字式控制产品应用市场。汽车电子和工业电子成为维持中国数字是控制器市场增长的关键推动因素。此外，监控、马达控制和测量仪器市场的增长也对中国市场有较大贡献，特别是安全系统、马达控制、电力机车、安全与控制以及车载娱乐系统将成为扭矩测量仪的新驱动力。 扭矩传感器，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。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。 二、设计题目与设计要求 1、设计题目：设计一款扭矩仪及扭矩传感器。 2、设计要求： 1）精度高，频响快，可靠性好，寿命长； 2）体积小、质量轻，便于安装使用； 4）没有导电环等磨损件，可以高速长时间运行； 3、使用条件： 由于扭矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上，振动大，灰尘、油雾、水污比较多，故要求传感器封闭，只留下两个轴端在外面，工作温度在0~60度。 三、扭矩测量及应变片的原理 1、扭矩测量的基本原理 根据第九章相关内容。（P145~146） 扭矩测量的基本原理如下： 电阻应变式转矩仪是根据应变原理来测量扭矩的。处于动力机械和负荷之间 数字扭力测试仪操作规 范 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8- 1.目的： 确保仪器的正确使用、避免仪器和产品因使用不当而造成的损坏，提高产品测试数据的有效性、真实性、准确性。 2.范围： 该操作规范适用于公司型号为HS-HP-20的数字扭力测试仪的使用。 该仪器的用途 测量电动螺丝刀，各种扭力螺丝刀及扳手的扭力设定。 用于检测各种电动螺丝刀，扭力螺丝刀，扳手的扭力大小。 3.职责与权限： 使用部门：使用人员负责日常仪器的点检；使用人员严格按此规范正确操作。 质量中心：负责仪器的校验计划安排和实施校验. 4.功能说明： 单位切换开关：三种切换：（磅力.英寸）—（公斤力.厘米）—（牛顿.米） 模式开关(MODE) 峰值(PEAK)：锁定最大扭力值，用复位按钮清零。 跟随值(TRACK)：跟随扭力值大小变化，通过消除负载清零。 测试调节器： 黑色弹簧：测量范围为10-100公斤力.厘米。 黄色弹簧：测量范围为5-10公斤力.厘米。 银色弹簧：测量范围为公斤力.厘米。 5.操作方法： 在开始测量之前，确定扭力计已充电足够，再打开开关，若充电不足，会在显示板左上角显示：“LOBAT”当出现“LOBAT”时，需再使用专用充电器充电3小时以上。 固定仪器，必要时使用固定夹； 调整单位切换开关到需要的单位； 把模式开关调整到跟随值位置(TRACK)； 左右调节调零旋钮(ZERO ADJ)，使显示数值为0； 当需要测量最大值时，设定模式开关至峰值(PEAK)，此数值会保持5秒以上，假如你按一下复位按钮(RESET)，该数值则自动删除。 当使用扭力控制设备测量电动螺丝刀或气动螺丝刀时，使用合适的测力调节器安置在测力传感头里。 《Matlab仿真技术》 设计报告 题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计 专业班级电气工程及其自动化 11**班 学号 201110710247 学生姓名 ** 指导教师 ** 学院名称电气信息工程学院 完成日期： 2014 年 5 月 7 日 磁悬浮系统建模及其PID控制器设计 Magnetic levitation system based on PID controller simulation 摘要 磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点，在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。 随着磁悬浮技术的广泛应用，对磁悬浮系统的控制已成为首要问题。本设计以PID 控制为原理，设计出PID控制器对磁悬浮系统进行控制。 在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立磁悬浮控制系统的数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真，得出较好的控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。最后，本设计对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。 PID控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点，处于主导地位。 关键字：磁悬浮系统；PID控制器；MATLAB仿真 一、磁悬浮技术简介 1.概述： 磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮看起来简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。 1900年初，美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想--也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。 1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。 1934年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。 在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。 1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。 1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 2009年时，国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车，而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注，国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。 2. 磁悬浮技术的应用及展望 20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车试验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型，以后命名为TR01型，该车在1km 轨道上的时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的 1前言 1.1 高速切削简介 高速切削的概念被提出后，经过了长期探索研究与发展后，才在近十几年被广泛应用在机械加工过程中。高速切削作为一种新兴的先进机械加工技术，与传统的机械加工技术相比，其具有一系列的优点。它集高效率、高加工精度、低功耗等于一体。高速切削解决了常规切削加工中一些长期存在而无法解决的问题，例如由于机械加工过程中，刀具的切削量很小，产生的切削热比较少并且绝大部分切削热被切屑及时带走，从而提高了刀具的切削寿命；随着切削速度的提高，在单位时间内被加工材料的去除率有了很大的提高，进而减少了切削时间，提高了工件的加工效率；高速切削的进给量小，因而切削力也就相对要小，而且形成的切屑能够在很短的时间内被排出，切削过程所产生的热量在还没有传导至刀具时，就被切屑带走了，这样就降低了刀具及工件上的切削热；由于高速切削可以达到很高的加工精度，所以在某些场合可以实现以车代铣、以铣代磨等工序。这些优点极大地缩短了产品的制造周期，这在竞争日益激烈的当代是很有发展前途的。 1.2 磁悬浮轴承简介 磁悬浮轴承也被人们称为磁力轴承，它是一种靠磁场力来承受载荷或将转子悬浮起来的一种新型的支承形式，根据不同的工作原理可将磁悬浮轴承系统分为三大类：主动磁悬浮轴承、被动磁悬浮轴承和混合式磁悬浮轴承。主动磁悬浮轴承是利用可控电磁力来悬浮主轴转子的，它有主动电子控制系统；被动磁悬浮轴承是利用磁场本身的特性使主轴转子悬浮，它没有主动电子控制系统，其应用最多的是永磁轴承；混合式磁悬浮轴承是由主动磁悬浮轴承和被动磁悬浮轴承以及其他一些必要的辅助支撑共同组合而成的，它既有主动磁轴承的优点也有被动磁轴承的优点。为了便于设计制造，本设计中采用主动磁悬浮轴承磁悬浮轴承具有一系列的优点：定子与转子之间无接触，因而无摩擦，且功耗低，可以使主轴实现高速旋转；无需润滑和密封，因而可以简化系统结构的设计；支撑精度比一般的接触式轴承还高，工作稳定可靠。但是，其支撑刚度比接触式轴承要低，而且结构复杂，需要专门的控制系统，主轴上还要设计增加位移传感器，成本较高。 虽然磁悬浮轴承由多个磁极构成，但是为便于研究【2】，我们仍然可以将其简化为下图所示结构。 《Mａtlab仿真技术》 设计报告 题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计专业班级电气工程及其自动化１1**班 学号 2 学生姓名 *＊ 指导教师＊* 学院名称电气信息工程学院 完成日期： 201４年 5 月 7 日 磁悬浮系统建模及其ＰＩD控制器设计Magneｔｉc leｖｉtatiｏn systｅm bａｓe ｄon PＩD controｌlｅr sｉmulａtion 摘要 磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业与生命科学等高科技领域有着广泛得应用背景。 随着磁悬浮技术得广泛应用,对磁悬浮系统得控制已成为首要问题。本设计以PID 控制为原理,设计出PＩD控制器对磁悬浮系统进行控制。 在分析磁悬浮系统构成及工作原理得基础上,建立磁悬浮控制系统得数学模型，并以此为研究对象,设计了ＰID控制器,确定控制方案,运用MATＬAB软件进行仿真，得出较好得控制参数，并对磁悬浮控制系统进行实时控制，验证控制参数。最后,本设计对以后研究工作得重点进行了思考，提出了自己得见解。 PＩD控制器自产生以来,一直就是工业生产过程中应用最广、也就是最成熟得控制器。目前大多数工业控制器都就是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现,但PID控制器还就是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,处于主导地位。 关键字:磁悬浮系统;ＰID控制器;MＡTＬAB仿真 一、磁悬浮技术简介 1、概述: 磁悬浮就是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮得平衡状态,磁悬浮瞧起来简单,但就是具体磁悬浮悬浮特性得实现却经历了一个漫长得岁月。由于磁悬浮技术原理就是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体得典型得机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料得发展与转子动力学得进一步得研究，磁悬浮随之解开了其神秘一方面。 1900年初,美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营得若干猜想--也就就是磁悬浮得早期模型。并列出了无摩擦阻力得磁悬浮列车使用得可能性。然而,当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段,未提出一个切实可行得办法来实现这一目标。 1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮得概念,同时指出:单靠永久磁铁就是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定得悬浮状态。 扭矩传感器原理 作者：https://www.360docs.net/doc/0216399872.html, 发布日期：2007-11-13 21:02:31 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，扭矩传感器咨询电话：零幺零-捌零玖叁零零陆捌-010-********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计算。当其受到扭矩Ｔ的时候，其扭转的切应力τ和变形角υ分别为：其扭转刚度为：其中d-扭杆直径，有效长度，Ip惯性矩，Zi抗扭截面系数如图3为某扭矩传感器扭杆的试验曲线，曲线的斜率即为扭转刚度k。扭杆式扭矩传感器在早期的EPS中应用比较多，但由于是接触式的，工作时产生的摩擦使其易磨损，影响其精度，将会被逐步淘汰。 ３金属电阻应变片的扭矩传感器传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。传感器就完成如下的信息转换：传感器由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。弹性轴是敏感元件，在45度和135度的方向上产生最大压应力和拉应力，这个时候承受的主应力和剪应力相等，其计算公式为：式中τ—主应力，此时与σ相等Ｗp—轴截面极矩测量电桥可以采用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥,其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。应变片的电阻 R1=R2=R3=R4＝R0,可以得到下面的式子：式中，Ｅ－轴材料的弹性模量 u－电桥的供电电压 S－电阻应变片的灵敏度系数放大电路采用仪器用放大电路，它由专用仪器用放大电路构成，也有三只单运放电路组合而成，放大倍数为K，放大后的电压Ｖ为：为了使一起具有高精度，必须使灵敏度系数为常数。在金属电阻应变片的扭矩传感器中，需要解决的技术关键是： (1)、弹性轴的工作区域不应该大于弹性区域的1/3，且取初始段。为了将迟滞误差减低到最底，按照超载能力指数选取最大的轴径。 (2)、采用LM型硅扩散力敏全桥应变片，较好的敏感性，很小的非线形度 (3)、采用高精度的稳压电源。 1.目的： 确保仪器的正确使用、避免仪器和产品因使用不当而造成的损坏，提高产品测试数据的有效性、真实性、准确性。 2.范围： 2.1该操作规范适用于公司型号为HS-HP-20的数字扭力测试仪的使用。 2.2该仪器的用途 2.2.1 测量电动螺丝刀，各种扭力螺丝刀及扳手的扭力设定。 2.2.2用于检测各种电动螺丝刀，扭力螺丝刀，扳手的扭力大小。 3.职责与权限： 3.1使用部门：使用人员负责日常仪器的点检；使用人员严格按此规范正确操作。 3.2质量中心：负责仪器的校验计划安排和实施校验. 4.功能说明： 4.1单位切换开关：三种切换：Lbf.in（磅力.英寸）—kgf.cm（公斤力.厘米）—N.M（牛顿.米） 4.2模式开关(MODE) 4.2.1峰值(PEAK)：锁定最大扭力值，用复位按钮清零。 4.2.2跟随值(TRACK)：跟随扭力值大小变化，通过消除负载清零。 4.3测试调节器： 4.3.1黑色弹簧：测量范围为10-100公斤力.厘米。 4.3.2黄色弹簧：测量范围为5-10公斤力.厘米。 4.3.3银色弹簧：测量范围为0.8-5公斤力.厘米。 5.操作方法： 在开始测量之前，确定扭力计已充电足够，再打开开关，若充电不足，会在显示板左上角显示：“LOBAT”当出现“LOBAT”时，需再使用专用充电器充电3小时以上。 5.1固定仪器，必要时使用固定夹； 5.2调整单位切换开关到需要的单位； 5.3把模式开关调整到跟随值位置(TRACK)； 5.4左右调节调零旋钮(ZERO ADJ)，使显示数值为0； 5.5当需要测量最大值时，设定模式开关至峰值(PEAK)，此数值会保持5秒以上，假如你按一下复位按钮(RESET)，该数值则自动删除。 5.6当使用扭力控制设备测量电动螺丝刀或气动螺丝刀时，使用合适的测力调节器安置在测力传感头里。 5.7在测量其它各种旋转工具或以上未提及的其它各类螺丝刀的扭力时，需使用合适于测力传感头的附加。 基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计 摘要 随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文 研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。 超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。 与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬 浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。 在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。 关键词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车 扭矩传感器原理应变式扭矩传感器简单设计报告
数字扭力测试仪操作规程
哈工大_控制系统实践_磁悬浮实验报告
动态扭矩传感器
分贝仪的操作及校准规程
磁悬浮列车演示实验报告
扭矩传感器样本
扭矩测试计操作规程
磁悬浮列车设计方案
扭矩传感器设计说明书
数字扭力测试仪操作规范修订稿
磁悬浮系统建模及其PID控制器设计
磁悬浮主轴设计
磁悬浮系统建模及其PID控制器设计
扭矩传感器原理
数字扭力测试仪操作规范
(完整版)基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计毕业设计
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