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扭矩傳感器的工作原理及特點解析?

發布時間:2025-10-17
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文章來源:http://www.lygdysw.com
扭矩傳感器的核心是將旋轉或靜止狀態下的扭矩物理量,通過敏感元件轉化為可測量的電信號,其原理因 “動態” 與 “靜態” 工況差異呈現明顯分化,隆旅 NJL-101NJL-201A 分別代表兩類典型技術路線。

(一)靜態扭矩傳感器工作原理(以隆旅 NJL-201A 為例)

NJL-201A靜態扭矩傳感器1

NJL-201A靜態扭矩傳感器


靜態扭矩指設備不旋轉或低速轉動(通常<100rpm)時的扭矩,如螺栓擰緊檢測、靜態負載測試等場景,核心依賴應變片式測量技術,具體流程如下:
  1. 彈性軸受力形變NJL-201A 內置高精度合金彈性軸,當外部扭矩作用于軸兩端時,彈性軸會產生微小扭轉變形(形變角度與扭矩成正比,通常<0.1°),其表面會出現拉伸與壓縮應力。

  1. 應變片信號轉換:在彈性軸表面粘貼 4 片應變片(組成全橋電路),其中 2 片受拉、2 片受壓,應變片阻值隨應力變化(拉伸時阻值增大,壓縮時減小),使全橋電路輸出與扭矩成正比的微弱電壓信號(通常 mV 級)。

  1. 信號放大與處理:傳感器內置高精度信號調理模塊,將 mV 級信號放大至標準電壓(0-5V)或電流(4-20mA)信號,同時通過溫度補償電路(采用 Pt1000 溫度傳感器)抵消環境溫度對彈性軸與應變片的影響,確保 - 20℃-80℃范圍內測量精度穩定。

(二)動態扭矩傳感器工作原理(以隆旅 NJL-101 為例)

NJL-101扭矩傳感器--5

NJL-101動態扭矩傳感器

動態扭矩指設備高速旋轉(通常>100rpm)且扭矩實時變化的場景,如電機動力測試、變速箱換擋過程監測等,需解決 “旋轉狀態下信號傳輸” 難題,NJL-101 采用應變片 + 無線傳輸技術,核心流程如下:
  1. 旋轉端信號采集:與靜態原理類似,NJL-101 的旋轉彈性軸上粘貼應變片全橋,實時采集扭矩形變產生的 mV 級信號;同時內置鋰電池供電模塊(續航 12-24 小時,支持充電)與無線發射單元(采用 2.4GHz 頻段,傳輸距離≤50 米),避免傳統有線傳輸因旋轉導致的線纜纏繞問題。

  1. 固定端信號接收:配套的無線接收模塊安裝在設備固定端,接收旋轉端發送的扭矩信號后,進行濾波、放大處理,轉化為 4-20mA/RS485 標準信號,上傳至 PLC 或數據采集系統;部分型號支持實時波形顯示,捕捉瞬時峰值扭矩(如電機啟動沖擊扭矩)。

  1. 動態響應優化:為適應高頻扭矩變化(如發動機啟停時扭矩波動頻率>100Hz),NJL-101 的應變片選用高彈性模量材料,信號調理模塊的采樣頻率達 1kHz,確保扭矩變化響應時間<1ms,避免動態過程中信號滯后導致的測量偏差。

二、隆旅兩款扭矩傳感器核心特點對比:動態與靜態的差異化優勢
基于不同工作原理,隆旅 NJL-101(動態)與 NJL-201A(靜態)在結構設計、性能參數、適用場景上形成明確分工,具體特點對比如下:
(一)隆旅 NJL-101 動態扭矩傳感器:高速、實時、抗干擾
  1. 結構設計適配動態工況

  • 采用分體式結構(旋轉測量端 + 固定接收端),旋轉端直徑最小可至 20mm(適配小型電機軸),最大可支持 500mm 軸徑(如風電主軸測試);軸承選用高精度角接觸球軸承,磨損量<0.001mm/1000 小時,確保高速旋轉時(最高轉速可達 10000rpm)的穩定性。

  • 外殼采用 304 不銹鋼材質,防護等級達 IP67,可應對工業環境中的粉塵、油污侵襲;內置防電磁干擾屏蔽層,在變頻器、電焊機等強電磁環境下(電磁強度≤1000V/m),示值波動≤±0.1% FS,解決動態場景中干擾導致的信號跳變問題。

  1. 性能參數聚焦動態精度

  • 測量量程覆蓋 1N?m-50000N?m,精度等級 0.1 級(滿量程誤差≤±0.1%),重復性≤0.05% FS,滿足發動機、變速箱等設備動態扭矩的高精度監測需求;例如在汽車發動機動力測試中,可精準捕捉怠速(500rpm)至高速(6000rpm)過程中扭矩的連續變化曲線。

  • 支持峰值扭矩捕捉(峰值保持時間可設 1-60 秒)與數據存儲(最大存儲 10 萬條數據),配合配套軟件可生成扭矩 - 轉速 - 時間三維曲線圖,為設備動態性能分析提供數據支撐。

  1. 適用場景:高速旋轉設備測試

  • 典型應用包括:電機啟動 / 制動扭矩測試、汽車變速箱換擋扭矩監測、航空發動機模擬負載扭矩測量、水泵 / 風機動態效率測試等;某新能源汽車電機廠使用 NJL-101 監測電機加速過程中扭矩波動,成功優化電機控制策略,使扭矩輸出穩定性提升 15%。

(二)隆旅 NJL-201A 靜態扭矩傳感器:穩定、低耗、易安裝
  1. 結構設計適配靜態工況

  • 采用一體式實心軸結構,無旋轉部件,無需考慮線纜纏繞問題;軸兩端采用鍵槽或法蘭連接(適配不同設備接口),安裝時通過水平儀校準,確保同軸度≤Φ0.05mm,避免靜態測量中附加徑向力導致的誤差。

  • 供電方式支持 DC 12V/24V,靜態功耗≤50mA(遠低于 NJL-101 的動態功耗 150mA),可長期連續工作;信號輸出除標準 4-20mA/RS485 外,還支持 USB 直連電腦,無需額外采集模塊,降低小型實驗室或生產線的使用門檻。

  1. 性能參數聚焦靜態穩定

  • 測量量程覆蓋 0.1N?m-10000N?m,精度等級 0.05 級(滿量程誤差≤±0.05%),滯后誤差≤0.03% FS,適合靜態負載下的高精度校準與檢測;例如在螺栓擰緊機校準中,NJL-201A 可精準測量 0.5N?m-50N?m 的擰緊扭矩,確保螺栓預緊力一致性達標。

  • 內置零點自動校準功能,每小時零點漂移≤0.02% FS,避免長期靜態測量中零點偏移導致的累積誤差;溫度補償范圍寬(-30℃-100℃),在高低溫環境下(如冷庫門鉸鏈扭矩測試、高溫管道閥門扭矩檢測)仍能保持穩定精度。

  1. 適用場景:靜止 / 低速設備檢測

  • 典型應用包括:螺栓擰緊扭矩校準、閥門開關扭矩檢測、橋梁支座靜態扭矩監測、材料扭轉強度測試等;某機械加工廠使用 NJL-201A 校準螺絲擰緊機,將擰緊扭矩誤差從 ±2% 降至 ±0.5%,產品裝配合格率提升至 99.8%。

三、兩款傳感器核心差異總結:如何精準選型
對比維度
隆旅 NJL-101(動態)
隆旅 NJL-201A(靜態)
核心技術
應變片 + 無線傳輸(解決旋轉信號傳輸)
應變片 + 有線傳輸(側重靜態穩定)
轉速適配
0-10000rpm(高速旋轉)
0-100rpm(靜止 / 低速)
精度等級
0.1 級(動態過程精度)
0.05 級(靜態校準精度)
功耗與續航
動態功耗 150mA,鋰電池續航 12-24 小時
靜態功耗≤50mA,可長期連續供電
防護與抗干擾
IP67,內置電磁屏蔽(適應復雜工業環境)
IP65,基礎抗干擾(適合實驗室 / 生產線)
核心優勢
實時捕捉動態扭矩波動,無線纜纏繞
靜態測量穩定,安裝簡單,低功耗
選型建議:若需監測電機、變速箱等高速旋轉設備的實時扭矩變化,優先選 NJL-101;若用于螺栓校準、閥門檢測等靜止 / 低速場景,NJL-201A 的高精度與低使用成本更具優勢。



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