在彈性軸的兩端，安裝有兩個(gè)相同的齒輪，在齒輪上方分別安裝有兩個(gè)相同的、繞在磁鋼上的信號(hào)線圈。彈性軸兩端分別與動(dòng)力軸和被測(cè)軸固定。彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于磁鋼與齒輪的齒和齒間氣隙的磁導(dǎo)率的交替變化，在兩個(gè)信號(hào)線圈中分別感應(yīng)出兩個(gè)交變電勢(shì)e1和e2，此兩電動(dòng)勢(shì)有一恒定的初始相位差。當(dāng)彈性軸受到扭矩T作用時(shí)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩齒輪將有相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致兩電動(dòng)勢(shì)的相位差發(fā)生變化，測(cè)出相位差的變化，即可求得扭矩T，而且根據(jù)其電動(dòng)勢(shì)的頻率還可同時(shí)測(cè)出轉(zhuǎn)速值。因?yàn)閮呻妱?dòng)勢(shì)的信號(hào)較弱，所以要先進(jìn)行信號(hào)放大，然后送入相位差檢測(cè)器中檢測(cè)其相位差。

　　扭矩的測(cè)量有相位差式和電阻應(yīng)變式等。這里只簡(jiǎn)單介紹相位差式扭矩測(cè)量中的磁電式扭矩傳感器的工作原理和測(cè)量電路。

　　磁電式扭矩傳感器如何測(cè)量

　　磁電式扭矩傳感器的測(cè)量原理圖如下圖所示。

　　扭矩傳感器自出現(xiàn)，在短短時(shí)間內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，成為傳感器家族中不可或缺的一個(gè)品種。

　　相位差測(cè)量電路

　　上圖是相位差檢測(cè)器原理圖，圖中Al、A2是兩個(gè)過(guò)零比較器，R1、R2起限流作用，其參數(shù)選擇視輸入ui1與ui2的大小而定。設(shè)ui1超前ui2，當(dāng)此二信號(hào)經(jīng)兩對(duì)反并聯(lián)的二極管限幅后，進(jìn)入比較器Al和A2，再經(jīng)異或門后便得出脈沖寬度等于兩個(gè)電壓相位差的信號(hào)。

　　這里兩對(duì)反并聯(lián)的二極管的限幅作用是必要的。因?yàn)閷?duì)于選擇好的參數(shù)R1、R2和二極管，只要保證R1、R2和二極管能承受ui1和ui2的波動(dòng)，D和E兩點(diǎn)的電位永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)0.7V，從而保證了Al和A2不致因電壓過(guò)高而損壞。

　　向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生４００Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±５V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.５v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　在整個(gè)扭矩檢定系統(tǒng)中，據(jù)矩標(biāo)準(zhǔn)器可分為兩類。第一類為產(chǎn)生（或復(fù)現(xiàn)）扭矩值的固定式標(biāo)準(zhǔn)器。第二類為傳遞扭矩值的各種便攜式標(biāo)準(zhǔn)器。后者按其測(cè)量原理可分為百分表式、應(yīng)變式、光學(xué)式、磁電式、電容式、鋼弦式、機(jī)械式、磁彈式、光彈式扭矩儀等?！　∫?、 計(jì)量基準(zhǔn)器具

　　1、扭矩值國(guó)家基準(zhǔn)。根據(jù)我國(guó)目前情況，它們由1kN·m和5kN·m兩臺(tái)靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)且成。

　　靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)是以砝碼產(chǎn)生的重力作為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量其力臂的杠桿機(jī)構(gòu)將力矩按預(yù)定順序自動(dòng)地加到被檢扭矩儀上。這種扭矩機(jī)的計(jì)量學(xué)性能主要取決于力值的不確定度，力臂的不確定度等。前者又取決于砝碼質(zhì)量的不確定度，安裝地點(diǎn)的重力加速度的測(cè)量不確定度，砝碼和空氣密度的測(cè)量不確定度以及砝碼的加卸方式、機(jī)械結(jié)構(gòu)和質(zhì)量穩(wěn)定度等。后者與力臂杠桿的構(gòu)造、刀刃和刀承的構(gòu)造以及加工安裝質(zhì)量等密切相關(guān)。此外，還與力臂杠桿的水平控制程度有關(guān)。

　　基準(zhǔn)機(jī) 扭矩總不確定度（%） 扭矩值范圍：（N·m） 最小扭矩；（N·m） 力臂名義值；（m） 小砝碼 大砝碼

　　單個(gè)名義質(zhì)量×數(shù)量 單個(gè)名義質(zhì)量×數(shù)量：1kN·m 0.01 10-1090 10 0.4 左側(cè) ×9 左側(cè) ×10；右側(cè) 2.5kg×9 右側(cè) 25kg×10；5kN·m 0.01 50-5450 50 1.0 左側(cè) ×9 左側(cè) ×10，右側(cè) 5kg×9 右側(cè) 50kg×10

　　備注：

　　1、總不確定度的置信系數(shù)為3；

　　2、左、右兩側(cè)砝碼分別產(chǎn)生正、反兩個(gè)方面扭矩。

　 ? ?扭矩傳感器計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具

　　1、標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀，作為傳遞基（標(biāo)）準(zhǔn)扭矩值的扭矩儀有兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，其一是重復(fù)性R，其二是穩(wěn)定度Sb。根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的準(zhǔn)確度水平，作為基準(zhǔn)扭矩值與標(biāo)準(zhǔn)扭矩值之間的傳遞和比對(duì)工作的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀被分為三級(jí)：0.03級(jí)，0.05級(jí)和0.1級(jí)。根據(jù)R和Sb一般均應(yīng)不大于被檢扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的扭矩值不確定度的三分這一的要求，應(yīng)盡可能用0.03級(jí)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀檢定0.1級(jí)的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。在該條件達(dá)不到時(shí)，也允許用0.05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)扭奧林匹克儀對(duì)其進(jìn)行比對(duì)，這時(shí)應(yīng)考慮上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)下級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的影響。借助并聯(lián)法，0.05級(jí)和0.1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀可用于0.3級(jí)大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的檢定。作為標(biāo)準(zhǔn)扭矩值與工作計(jì)量器具扭矩值的傳遞具的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀也分為三級(jí)：0.3級(jí)，0.5級(jí)和1級(jí)。0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀用于檢定扭矩值總不確定度不超過(guò)1%的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)或其它轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置。各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀均可用于平衡扭矩測(cè)量裝置和能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置的扭矩值比對(duì)和檢定中。

　　2、扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。目前國(guó)內(nèi)已有的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)同扭矩基準(zhǔn)機(jī)一樣皆屬靜重式。它們的最大扭矩值范圍為20N·m-120kN·m。最大扭矩值不超過(guò)5kN·m的機(jī)器的扭矩值的總不確定度δ不超過(guò)1×10-3，最大扭矩值超過(guò)5kN·m的機(jī)器的扭矩值的總不確定度δ不超過(guò)3×10-3。這類機(jī)器的不確定度的影響因素與靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)相同，一般用相應(yīng)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀對(duì)其進(jìn)行檢定，確定它的扭矩總不確定度（或示值誤差）。對(duì)于要求較高的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，可以借助部件檢定，由測(cè)量和計(jì)算確定扭矩值的總不確定度，同時(shí)用重復(fù)性和穩(wěn)定度盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀，將其與扭矩國(guó)家基準(zhǔn)進(jìn)行量值比對(duì)，以保證扭矩值的準(zhǔn)確一致。

　　標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置

　　1、靜重式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：這種裝置實(shí)際上是專門用于扭矩扳子檢定的靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其原理、基本結(jié)構(gòu)和精度分析等均與一般的靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)相同。

　　2、機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：這種裝置在扳子的尾部，用手動(dòng)直接或間接施加扭矩，其頭部與一個(gè)承扭彈懷體同軸串接，彈性體受扭產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角經(jīng)過(guò)一定的傳遞放大后，根據(jù)彈性體的扭轉(zhuǎn)角與承受的扭矩成正比的關(guān)系，由表盤直接讀出扭矩值。該裝置用隨機(jī)所帶的杠桿和砝碼進(jìn)行檢定，通過(guò)測(cè)量與計(jì)算確定其扭矩值的總不確定度。該值主要取決于彈性體、傳遞與測(cè)量裝置的重復(fù)性、直線度、長(zhǎng)期穩(wěn)定度以及檢定裝置的精度指標(biāo)等。目前國(guó)內(nèi)已有的這種裝置的扭矩值范圍為4-400N·m，扭矩值的總不確定度δ不超過(guò)2%。

　　3、液壓式扭矩扳子檢定裝置：這種裝置利用液壓油缸活塞系統(tǒng)，通過(guò)一定長(zhǎng)度的杠桿將扭矩值施加到被檢扳子上，標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的總不確定度主要取決于油缸內(nèi)油壓的測(cè)量準(zhǔn)確度，油缸的有效面積和力臂杠桿長(zhǎng)度等測(cè)量準(zhǔn)確度。目前國(guó)內(nèi)已有20 N·m的液壓式扭矩扳子檢定裝置，其扭矩值總不確定度δ不超過(guò)1%。

　　4、串接式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：在這種裝置上，被檢扭矩扳子與標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀（通常用應(yīng)變式扭矩傳感器）同軸串接。在同步施加扭矩后，通過(guò)比對(duì)方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀的技術(shù)數(shù)據(jù)確定被檢扭矩扳子的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)已有3kN·m和2kN·m兩種串妝式扭矩扳子檢定裝置，其扭矩值總不確定度δ優(yōu)于0.5%，該總不確定度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)傳感器和其測(cè)試儀表的重復(fù)性、直線度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)，以及標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器和被檢扭長(zhǎng)扳子的連接方式、連接質(zhì)量等。

　　此外還有由壓力試驗(yàn)機(jī)和有關(guān)專用附件組成的扭矩扳子檢定裝置等。

　　工作計(jì)量器具

　　1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)主要用于金屬等原材料的扭轉(zhuǎn)性能的試驗(yàn)。其扭矩值的總不確定度不超過(guò)1%（通常以示值誤差形式給出）。該機(jī)既可用0.3級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀檢定，也可用隨機(jī)所帶校驗(yàn)杠桿和砝碼進(jìn)行檢定。

　　2、扭矩扳子。扭矩扳子按其示值誤差分三個(gè)等級(jí)：2級(jí)、3級(jí)和5級(jí)，三者均由標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置進(jìn)行檢定。這里應(yīng)指明，本節(jié)所述的扭矩扳子也包括扭矩改錐。同樣，4條中所述標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置也包括標(biāo)準(zhǔn)扭矩改錐檢定裝置。

　　3、其它扭矩儀。這主要指在實(shí)際機(jī)械的轉(zhuǎn)矩測(cè)量中所使用的一系列不同原理、不同結(jié)構(gòu)、不同量程和不同準(zhǔn)確度等級(jí)的轉(zhuǎn)矩傳感器和扭矩儀，根據(jù)其量程和準(zhǔn)確度的需要，用相應(yīng)的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)或?qū)Ｓ脵z定裝置進(jìn)行檢定。

　　4、平衡類轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置。這類裝置是根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械（即原動(dòng)機(jī)）或制動(dòng)機(jī)械（即制動(dòng)器）機(jī)體上作用的平衡力矩的大小來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩的裝置。它通常由主機(jī)、平衡支承及平衡力測(cè)量機(jī)構(gòu)三部分組成，并按三者的不同加以分類。平衡力矩的大小通過(guò)平衡力和力臂長(zhǎng)度等的測(cè)量來(lái)確定。因此，二者的測(cè)量誤差及平衡支承磨擦力矩等是決定這類機(jī)器的轉(zhuǎn)矩測(cè)量不確定度的主要因素。這種裝置的轉(zhuǎn)矩值范圍為10-105N·m，總不確定度在0.3%-5%范圍內(nèi)。

　　5、能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置。這是根據(jù)其它能量參數(shù)（如電能參數(shù)）測(cè)量轉(zhuǎn)矩的裝置。通常是根據(jù)所測(cè)出的功率、轉(zhuǎn)速、效率等來(lái)確定其轉(zhuǎn)矩。為了確定相同工作情況下的效率，常常在使用前由標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀來(lái)確定其效率。這種裝置一般由直流電機(jī)組成。其轉(zhuǎn)矩值范圍為 N·m，總不確定度在1%-10%范圍內(nèi)。

　　特點(diǎn)

　　1、既可以測(cè)量靜止扭矩，也可以測(cè)量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；

　　2、既可以測(cè)量靜態(tài)扭矩，也可以測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩；

　　3、檢測(cè)精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng)；

　　4、體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用；

　　5、不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測(cè)量正反轉(zhuǎn)扭矩；

　　6、沒(méi)有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；

　　7、傳感器輸出高電平頻率信號(hào)可直接送計(jì)算機(jī)處理；

　　8、測(cè)量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過(guò)載。

　　應(yīng)用范圍

　　1、檢測(cè)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備輸出扭矩及功率。

　　2、檢測(cè)減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。

　　3、檢測(cè)各種機(jī)械加工中心，自動(dòng)機(jī)床的工作過(guò)程中的扭矩。

　　4、各種旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率；

　　5、檢測(cè)扭矩的同時(shí)可以檢測(cè)轉(zhuǎn)速，軸向力。

　　6、可用于制造粘度計(jì)，電動(dòng)（氣動(dòng)，液力）扭力扳手。

　　在電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，扭矩的測(cè)量往往是通過(guò)扭矩傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下圖是典型的電機(jī)扭矩測(cè)試方式：