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扭矩传感器的工作原理及特点解析?

发布时间:2025-10-17
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文章来源:http://www.shllsensor.com
扭矩传感器的核心是将旋转或静止状态下的扭矩物理量,通过敏感元件转化为可测量的电信号,其原理因 “动态” 与 “静态” 工况差异呈现明显分化,隆旅 NJL-101NJL-201A 分别代表两类典型技术路线。

(一)静态扭矩传感器工作原理(以隆旅 NJL-201A 为例)

NJL-201A静态扭矩传感器1

NJL-201A静态扭矩传感器

静态扭矩指设备不旋转或低速转动(通常<100rpm)时的扭矩,如螺栓拧紧检测、静态负载测试等场景,核心依赖应变片式测量技术,具体流程如下:
  1. 弹性轴受力形变NJL-201A 内置高精度合金弹性轴,当外部扭矩作用于轴两端时,弹性轴会产生微小扭转变形(形变角度与扭矩成正比,通常<0.1°),其表面会出现拉伸与压缩应力。

  1. 应变片信号转换:在弹性轴表面粘贴 4 片应变片(组成全桥电路),其中 2 片受拉、2 片受压,应变片阻值随应力变化(拉伸时阻值增大,压缩时减小),使全桥电路输出与扭矩成正比的微弱电压信号(通常 mV 级)。

  1. 信号放大与处理:传感器内置高精度信号调理模块,将 mV 级信号放大至标准电压(0-5V)或电流(4-20mA)信号,同时通过温度补偿电路(采用 Pt1000 温度传感器)抵消环境温度对弹性轴与应变片的影响,确保 - 20℃-80℃范围内测量精度稳定。

(二)动态扭矩传感器工作原理(以隆旅 NJL-101 为例)

NJL-101扭矩传感器--5

NJL-101动态扭矩传感器

动态扭矩指设备高速旋转(通常>100rpm)且扭矩实时变化的场景,如电机动力测试、变速箱换挡过程监测等,需解决 “旋转状态下信号传输” 难题,NJL-101 采用应变片 + 无线传输技术,核心流程如下:
  1. 旋转端信号采集:与静态原理类似,NJL-101 的旋转弹性轴上粘贴应变片全桥,实时采集扭矩形变产生的 mV 级信号;同时内置锂电池供电模块(续航 12-24 小时,支持充电)与无线发射单元(采用 2.4GHz 频段,传输距离≤50 米),避免传统有线传输因旋转导致的线缆缠绕问题。

  1. 固定端信号接收:配套的无线接收模块安装在设备固定端,接收旋转端发送的扭矩信号后,进行滤波、放大处理,转化为 4-20mA/RS485 标准信号,上传至 PLC 或数据采集系统;部分型号支持实时波形显示,捕捉瞬时峰值扭矩(如电机启动冲击扭矩)。

  1. 动态响应优化:为适应高频扭矩变化(如发动机启停时扭矩波动频率>100Hz),NJL-101 的应变片选用高弹性模量材料,信号调理模块的采样频率达 1kHz,确保扭矩变化响应时间<1ms,避免动态过程中信号滞后导致的测量偏差。

二、隆旅两款扭矩传感器核心特点对比:动态与静态的差异化优势
基于不同工作原理,隆旅 NJL-101(动态)与 NJL-201A(静态)在结构设计、性能参数、适用场景上形成明确分工,具体特点对比如下:
(一)隆旅 NJL-101 动态扭矩传感器:高速、实时、抗干扰
  1. 结构设计适配动态工况

  • 采用分体式结构(旋转测量端 + 固定接收端),旋转端直径最小可至 20mm(适配小型电机轴),最大可支持 500mm 轴径(如风电主轴测试);轴承选用高精度角接触球轴承,磨损量<0.001mm/1000 小时,确保高速旋转时(最高转速可达 10000rpm)的稳定性。

  • 外壳采用 304 不锈钢材质,防护等级达 IP67,可应对工业环境中的粉尘、油污侵袭;内置防电磁干扰屏蔽层,在变频器、电焊机等强电磁环境下(电磁强度≤1000V/m),示值波动≤±0.1% FS,解决动态场景中干扰导致的信号跳变问题。

  1. 性能参数聚焦动态精度

  • 测量量程覆盖 1N・m-50000N・m,精度等级 0.1 级(满量程误差≤±0.1%),重复性≤0.05% FS,满足发动机、变速箱等设备动态扭矩的高精度监测需求;例如在汽车发动机动力测试中,可精准捕捉怠速(500rpm)至高速(6000rpm)过程中扭矩的连续变化曲线。

  • 支持峰值扭矩捕捉(峰值保持时间可设 1-60 秒)与数据存储(最大存储 10 万条数据),配合配套软件可生成扭矩 - 转速 - 时间三维曲线图,为设备动态性能分析提供数据支撑。

  1. 适用场景:高速旋转设备测试

  • 典型应用包括:电机启动 / 制动扭矩测试、汽车变速箱换挡扭矩监测、航空发动机模拟负载扭矩测量、水泵 / 风机动态效率测试等;某新能源汽车电机厂使用 NJL-101 监测电机加速过程中扭矩波动,成功优化电机控制策略,使扭矩输出稳定性提升 15%。

(二)隆旅 NJL-201A 静态扭矩传感器:稳定、低耗、易安装
  1. 结构设计适配静态工况

  • 采用一体式实心轴结构,无旋转部件,无需考虑线缆缠绕问题;轴两端采用键槽或法兰连接(适配不同设备接口),安装时通过水平仪校准,确保同轴度≤Φ0.05mm,避免静态测量中附加径向力导致的误差。

  • 供电方式支持 DC 12V/24V,静态功耗≤50mA(远低于 NJL-101 的动态功耗 150mA),可长期连续工作;信号输出除标准 4-20mA/RS485 外,还支持 USB 直连电脑,无需额外采集模块,降低小型实验室或生产线的使用门槛。

  1. 性能参数聚焦静态稳定

  • 测量量程覆盖 0.1N・m-10000N・m,精度等级 0.05 级(满量程误差≤±0.05%),滞后误差≤0.03% FS,适合静态负载下的高精度校准与检测;例如在螺栓拧紧机校准中,NJL-201A 可精准测量 0.5N・m-50N・m 的拧紧扭矩,确保螺栓预紧力一致性达标。

  • 内置零点自动校准功能,每小时零点漂移≤0.02% FS,避免长期静态测量中零点偏移导致的累积误差;温度补偿范围宽(-30℃-100℃),在高低温环境下(如冷库门铰链扭矩测试、高温管道阀门扭矩检测)仍能保持稳定精度。

  1. 适用场景:静止 / 低速设备检测

  • 典型应用包括:螺栓拧紧扭矩校准、阀门开关扭矩检测、桥梁支座静态扭矩监测、材料扭转强度测试等;某机械加工厂使用 NJL-201A 校准螺丝拧紧机,将拧紧扭矩误差从 ±2% 降至 ±0.5%,产品装配合格率提升至 99.8%。

三、两款传感器核心差异总结:如何精准选型
对比维度
隆旅 NJL-101(动态)
隆旅 NJL-201A(静态)
核心技术
应变片 + 无线传输(解决旋转信号传输)
应变片 + 有线传输(侧重静态稳定)
转速适配
0-10000rpm(高速旋转)
0-100rpm(静止 / 低速)
精度等级
0.1 级(动态过程精度)
0.05 级(静态校准精度)
功耗与续航
动态功耗 150mA,锂电池续航 12-24 小时
静态功耗≤50mA,可长期连续供电
防护与抗干扰
IP67,内置电磁屏蔽(适应复杂工业环境)
IP65,基础抗干扰(适合实验室 / 生产线)
核心优势
实时捕捉动态扭矩波动,无线缆缠绕
静态测量稳定,安装简单,低功耗
选型建议:若需监测电机、变速箱等高速旋转设备的实时扭矩变化,优先选 NJL-101;若用于螺栓校准、阀门检测等静止 / 低速场景,NJL-201A 的高精度与低使用成本更具优势。


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