非接触测量可以满足对于扭矩测量的众多需求:
1)长期不间断、高可靠性扭矩测量。一般性扭矩传感器一旦失效,不仅会造成扭矩传感器自身的损坏,更严重的是会造成被测量设备的重大机械损坏。例如:应变式扭矩测量装置中应变计的引线需要靠滑环(见图1)引出,长时间工作后,滑环极易发热老化,甚至断裂脱落,所以出于可靠性的考虑,该方案多用于低速旋转轴的短期扭矩测量。如果选择非接触式扭矩传感器测量扭矩,它与旋转轴没有力的相互作用,工作过程中不受轴向负载和弯曲载荷,所以零件损耗小,工作寿命长,可以实现长期不间断、可靠性测量扭矩。
2)高动态性精砖扭矩测量。传感器自身的转动惯量是影响扭矩测量精度和动态性的重要问题,因为传感器是有重量的,安装在旋转轴上后就相当于增加了一个“额外质量”,这一质量在旋转轴较轻或者转速较慢的情况下是不能忽略的,那便会导致旋转轴的转速明显下降,测量得到的扭矩大小将受到严重影响。如果采用非接触式扭矩测量,传感器对旋转轴无附加外力,这可以从根本上提高测量的动态性和精准性,同时有助于提高系统的分辨率。
3)准确控制被测装置。因为一般性扭矩测量装置的体积大,并且要与旋转轴直接接触,所以存在着一个不可避免的问题,即由于安装位置不当,或者接触测量时产生的干扰力或扭矩而改变旋转轴的运动状态,这类干扰是随机的,很难评估和定量,而扭矩测量往往又是作为控制单元的反馈信号。这样就会直接导致控制的准确性难以保证。唯有采取非接触式扭矩测量,从源头上消除传感器施加在旋转轴上的附加力,末端控制的高准确性才有可能实现。
rtms采用光纤传感器实现非接触扭转振动测量,硬件上采用叶片振动测量系统,相较于传统光电编码、齿轮脉冲等传统方法具有以下优势:
1.光纤非接触式测量,无需测量改装,无需动平衡;
2.传感器工作距离宽,动态响应快,对横向振动不敏感,满足轴系振动的实际工况要求。
3.双传感器差分扭转测量算法,客服了传统方法中转速不稳导致的测量误差。
rtms尤其适用于大直径旋转轴传递功率、静扭矩、动扭矩及扭振的高精度在线监测。
一般性扭矩测量的历史沿革和技术分类
扭矩传感器的发明早可以追溯到发电机的扭矩测量,但是该种扭矩测量只能测量静态扭矩,对于像内燃机一类的动态或者时变的扭矩则不能适用。19世纪30年代,相位差式扭矩测量装置在欧洲发明成功,旋转扭矩扭振测量系统,当时的测量精度可以达到±4%[1]。19世纪50年代,第1个可靠性高,可长时间使用的应变计发明成功[2],产品化之后,数以亿计的应变计用于各种场合的扭矩测量。
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