在驅(qū)動源和負載之間的扭轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)安裝有齒形圓盤．它們旁邊裝有相應(yīng)的兩個磁電傳感器．磁電傳感器的結(jié)構(gòu)見圖所示．傳感器的檢測元件部分由yong久磁鐵、感應(yīng)線圈和鐵芯組成．yong久磁鐵產(chǎn)生的磁力線與齒形圓盤交接．當齒形圓盤旋轉(zhuǎn)時，圓盤齒凸凹引起磁路氣隙的變化，于是磁通量也發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出交流電壓，其頻率在數(shù)值上等于圓盤上齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)的乘積．

當扭矩作用在扭轉(zhuǎn)軸上時，兩個磁電傳感器輸出的感應(yīng)電壓U1和U2存在相位差．這個相位差與扭轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角成正比．這樣，傳感器就可以把扭矩引起的扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成相位差的電信號．

扭矩傳感器工作原理圖解

傳感器測量原理

將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔的，因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。（虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分）

傳感器原理結(jié)構(gòu)

在特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：（1）能源環(huán)形變壓器的次級線圈，（2）信號環(huán)形變壓器初級線圈，（3）軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號輸出電路，在傳感器的外殼上固定。

工作過程

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TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±５V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放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。當彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器AD620放大成1.５v±1v的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動-靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，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，因此具有很強的抗干擾能力。本傳感器輸出的頻率信號在零點時為10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時為5KHz。即滿量程變量為5000個數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個脈沖，高速或中速采樣時可以用測頻的方法，低速采樣時可以用測周期的方法。本傳感器精度可達±0.2%～±0.5%（F？S）。由于傳感器輸出為頻率信號，所以無需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計算機進行數(shù)據(jù)處理。

磁電式扭矩傳感器的測量原理圖解

扭矩的測量有相位差式和電阻應(yīng)變式等。這里只簡單介紹相位差式扭矩測量中的磁電式扭矩的工作原理和測量電路。磁電式扭矩傳感器的測量原理圖如下圖所示。

工作原理

在彈性軸的兩端，安裝有兩個相同的齒輪，在齒輪上方分別安裝有兩個相同的、繞在磁鋼上的信號線圈。彈性軸兩端分別與動力軸和被測軸固定。彈性軸轉(zhuǎn)動時，由于磁鋼與齒輪的齒和齒間氣隙的磁導率的交替變化，在兩個信號線圈中分別感應(yīng)出兩個交變電勢，此兩電動勢有一恒定的初始相位差。當彈性軸受到扭矩作用時，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩齒輪將有相對扭轉(zhuǎn)角，導致兩電動勢的相位差發(fā)生變化，測出相位差的變化，即可求得扭矩，而且根據(jù)其電動勢的頻率還可同時測出轉(zhuǎn)速值。因為兩電動勢的信號較弱，所以要先進行信號放大，然后送入相位差檢測器中檢測其相位差。

相位差測量電路

上圖是相位差檢測器原理圖，圖中是兩個過零比較器，起限流作用，其參數(shù)選擇視輸入的大小而定。設(shè)超前，當此二信號經(jīng)兩對反并聯(lián)的二極管限幅后，進入比較器，再經(jīng)異或門后便得出脈沖寬度等于兩個電壓相位差的信號。這里兩對反并聯(lián)的二極管的限幅作用是必要的。因為對于選擇好的參數(shù)和二極管，只要保證和二極管能承受和的波動，D和E兩點的電位永遠不會超過0.7V，從而保證了不致因電壓過高而損壞。