扭矩传感器是以电阻应变计为电阻转换元件的传感器。电阻应变计是基于金属电阻丝的电阻-应变效应。所谓应变效应是指金属导体(电阻丝)的电阻值随变形(伸长或缩短)而发生改变的一种物理想象。
在扭矩传感器传感器的弹性体上粘贴有电阻应变计并组成惠斯通电桥。给电桥通上激励电压,在扭矩的作用下,弹性体产生变形,应变计由此产生电阻变化,从而使电桥发生不平衡,电桥输出与扭矩呈线性关系的电压信号。
扭矩传感器扭矩测量采用应变电测技术。在扭矩传感器弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥,当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化,应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。扭矩传感器就完成如下的信息转换: 扭矩传感器由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。弹性轴是敏感元件,在45度和135度的方向上产生最大压应力和拉应力,这个时候承受的主应力和剪应力相等,其计算公式为: 式中τ—主应力,此时与σ相等Wp—轴截面极矩测量电桥可以采用半导体电阻应变片,并将它们接成差动全桥,其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。 应变片的电阻R1=R2=R3=R4=R0,可以得到下面的式子: 式中, E-轴材料的弹性模量 u-电桥的供电电压 S-电阻应变片的灵敏度系数放大电路采用仪器用放大电路,它由专用仪器用放大电路构成,也有三只单运放电路组合而成,放大倍数为K,放大后的电压V为: 为了使一起具有高精度,必须使灵敏度系数 为常数。在金属电阻应变片的扭矩传感器中,需要解决的技术关键是: (1)、弹性轴的工作区域不应该大于弹性区域的1/3,且取初始段。为了将迟滞误差减低到最底,按照超载能力指数选取最大的轴径。 (2)、采用LM型硅扩散力敏全桥应变片,较好的敏感性,很小的非线形度 (3)、采用高精度的稳压电源。