扭矩傳感器的校準(zhǔn)

①傳統(tǒng)送檢校準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)法）根據(jù)扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，校準(zhǔn)方法大多是將其送計(jì)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行扭矩靜態(tài)標(biāo)定，比較成熟的是力臂杠桿加砝碼的方法，其主要原因是標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量精度高、穩(wěn)定性好。中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司熊俊、胡斌研制了靜重式標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)，該校準(zhǔn)系統(tǒng)以砝碼、杠桿產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力矩，配以力矩平衡裝置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)并給出相應(yīng)測試報(bào)告。校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括杠桿系統(tǒng)、砝碼加載裝置、砝碼、力矩平衡裝置、計(jì)算機(jī)、電控箱、機(jī)座等。標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的工作原理是：在檢定、校準(zhǔn)過程中，計(jì)算機(jī)向電控箱發(fā)出指令，通過力臂杠桿的作用產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力矩，借助力矩平衡裝置按預(yù)定順序自動(dòng)、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地把作用力矩和平衡力矩施加到被校扭矩傳感器上，標(biāo)準(zhǔn)力矩與扭矩傳感器的讀數(shù)差值就是該扭矩傳感器的誤差。標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性高、數(shù)據(jù)精度高、成本低、易維護(hù)、調(diào)試操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

②一種新型扭矩傳感器校驗(yàn)儀為了能夠在動(dòng)態(tài)加載情況下對扭矩傳感器進(jìn)行校驗(yàn)，燕山大學(xué)張玉存、李群設(shè)計(jì)了一種新型扭矩傳感器校驗(yàn)儀，該校驗(yàn)儀采用了虛擬儀器技術(shù)，使儀器具有靈活、可自定義、具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和分析功能、易于嵌入數(shù)字補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。通過控制磁粉制動(dòng)器，使扭矩傳感器校驗(yàn)儀具有靈活的加載方式，并且采取PDD的控制方法克服了磁粉制動(dòng)器低速時(shí)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，該校驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)如圖6所示。扭矩傳感器校驗(yàn)儀的工作原理是首先把標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器安裝在圖6中被測傳感器的位置，標(biāo)定安裝在磁粉制動(dòng)器上的力傳感器，記錄磁粉制動(dòng)器的電流控制器輸出的電壓值及對應(yīng)的力傳感器的輸出值和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的值，然后應(yīng)用最／j．，---乘法擬合最佳曲線，找出它們之間的關(guān)系。卸下標(biāo)準(zhǔn)傳感器，再把被測扭矩傳感器安裝在被測位置。通過已經(jīng)找到的曲線關(guān)系可以算出被測傳感器的輸出值，然后與被測扭矩傳感器的顯示值進(jìn)行比較和校驗(yàn)。通過控制磁粉制動(dòng)器輸入電流，從而達(dá)到改變加載形式的目的。它能夠使扭矩傳感器校驗(yàn)儀在動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行校驗(yàn)，是對傳統(tǒng)的靜態(tài)下校驗(yàn)方法的改進(jìn)。

③磁懸浮效應(yīng)微扭矩傳感器校準(zhǔn)儀微扭矩傳感器適用于微小扭矩測量，具有測量精度高、分辨率高和不確定度小等特性。常規(guī)的扭矩傳感器校準(zhǔn)儀常采用懸臂梁加砝碼的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，但也存在摩擦阻力矩等干擾因素，難以滿足微扭矩傳感器計(jì)量校準(zhǔn)。國家電機(jī)及機(jī)械零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心徐君等提出了一種磁懸浮效應(yīng)微扭矩傳感器校準(zhǔn)儀的設(shè)計(jì)方案。該校準(zhǔn)儀在原有懸臂梁加砝碼的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，垂直放置扭矩傳感器，并采用磁懸浮結(jié)構(gòu)、純扭矩加載方式和輕質(zhì)復(fù)合材料，極大消除了摩擦阻力矩等干擾因素的負(fù)面影響，提高了測量精度。新型微扭矩傳感器校準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)原理圖如圖7所示。待校準(zhǔn)的微扭矩傳感器通過定位塊和抱緊塊固定在底座上，轉(zhuǎn)軸上安裝力臂；兩根導(dǎo)軌對稱固定在底座上，并在上面安裝可沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)的軸承架；軸承架上安裝微型軸承；引線繞過力臂圓弧狀的端部并掛在微型軸承上，一端固定在力臂上，另一端固定一砝碼；力臂中心處磁鐵與磁座中心處磁鐵處于相吸狀態(tài)，調(diào)整磁座高度來改變磁力大小，進(jìn)而使力臂處于懸浮狀態(tài)；底座上安裝調(diào)高支撐腳，調(diào)節(jié)整個(gè)機(jī)構(gòu)到水平位置，校準(zhǔn)原理與靜重式標(biāo)準(zhǔn)裝置中懸臂梁加砝碼的校準(zhǔn)原理一致。

扭矩傳感器的不同的校準(zhǔn)方法及優(yōu)勢

扭矩傳感器在是工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中非常靈活敏感的儀器之一，扭矩傳感器的工作精度一般要求也是相當(dāng)高。于是我們對新買的扭矩傳感器校準(zhǔn)問題是不能忽視的。扭矩傳感器的校準(zhǔn)分為很多不同方式，各種不同的校準(zhǔn)方式也有著各自不同的優(yōu)勢。

我們可以選擇不同的校準(zhǔn)方式，在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室或測試臺(tái)現(xiàn)場的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)傳感器的任務(wù)，像使用于功率測試臺(tái)中的那樣的應(yīng)用，一直是把測量量扭矩傳輸進(jìn)應(yīng)用。最簡單的是測量量扭矩傳輸直接通過留在傳動(dòng)軸系中的扭矩傳感器執(zhí)行。這也就是在廠家校準(zhǔn)設(shè)備或其他在現(xiàn)場的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的扭矩傳感器的校準(zhǔn)作為參考被引用。對此視PTB校準(zhǔn)書或DKD校準(zhǔn)書直到廠家測試簡報(bào)的要求而定，可以應(yīng)用所有等級證書。但是當(dāng)扭矩傳感器被用于測試臺(tái)時(shí)，當(dāng)?shù)氐倪吔鐥l件對測試臺(tái)的扭矩傳感器的測量不可靠性有決定性的影響并引起進(jìn)一步的偏差。這類偏差的原因可能是測試臺(tái)部件如架子或離合器。某些因素如部件的校準(zhǔn)，配合零件或螺栓的彈性材料習(xí)性可能影響傳動(dòng)軸系的形變習(xí)性并由此影響扭矩傳感器本身，因此扭矩傳感器的測量特征受到影響。

測試臺(tái)校準(zhǔn)的優(yōu)勢有三點(diǎn)：第一是在測試臺(tái)的安裝狀態(tài)和和校準(zhǔn)時(shí)的安裝狀態(tài)的差異產(chǎn)生的影響消失。其二是再校準(zhǔn)通過快速實(shí)施節(jié)省時(shí)間，因?yàn)闊o需全部拆卸和運(yùn)輸?shù)酵獠啃?zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，其三由于測試臺(tái)的應(yīng)用是作為整體測量手段體現(xiàn)的，它的干凈利落的可追溯性是有證書的，使得現(xiàn)場校準(zhǔn)的接近可追溯性的基本思想，弄清對校準(zhǔn)的精確度要求。

扭矩傳感器還有一種方式的校準(zhǔn)為動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，作為狹義的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)必須認(rèn)識到，在校準(zhǔn)時(shí)獲得的扭矩隨時(shí)間很快變化，它在它的動(dòng)態(tài)中相應(yīng)于可能的運(yùn)行的時(shí)間變化。對此要求，在扭矩連續(xù)變化時(shí)既要確定參考扭矩又要測量待校準(zhǔn)的傳感器的輸出。這要求特別地注意測量的同時(shí)性。此外，如果采用不是適于參考和校準(zhǔn)對象的嚴(yán)格相同的放大器類型，放大器的信號走時(shí)對變化快速的扭矩有影響。不同的信號走時(shí)也可以是濾波器的不同調(diào)節(jié)以及不同特征的結(jié)果。杠桿臂－質(zhì)量－系統(tǒng)不能作為參考扭矩源。

通常用扭矩參考傳感器工作。也可設(shè)想，扭矩由轉(zhuǎn)動(dòng)加速度對于已知質(zhì)量慣性矩的物體計(jì)算出來。往往會(huì)把旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行的校準(zhǔn)以動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)相稱或甚至與之混淆，盡管旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)本身對扭矩是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)不是決定性的。然而這種聯(lián)系一定程度上是有道理的，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)扭矩部分不能完全排除。在系統(tǒng)行為方式的意義上，必須對旋轉(zhuǎn)時(shí)的校準(zhǔn)區(qū)別靜態(tài)的還是動(dòng)態(tài)的扭矩。旋轉(zhuǎn)時(shí)的靜態(tài)校準(zhǔn)體現(xiàn)了一 個(gè)任務(wù)，對它不存在保險(xiǎn)的行為方式。旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)比靜態(tài)的又有額外的困難，技術(shù)狀態(tài)不過是確定轉(zhuǎn)速對零信號的影響。