汽车扭矩传感器原理

扭矩传感器原理

作者： 发布日期：2007-11-13 21:02:31

关键词: 扭矩传感器 扭矩仪 旋转扭矩传感器

1 综述 电动助力转向系统EPS(electric power steering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,与传统的液压助力转向系统HPS(hydraulic power steering)相比,EPS系统具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。EPS系统是未来动力转向系统的一个发展趋势。 图1 EPS结构图 如图1所示，EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。 通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向，扭矩传感器咨询电话：零幺零-捌零玖叁零零陆捌-010-80930068并将所需信息转化成数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。因此扭矩传感器是EPS系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。

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电位计式扭矩传感器 电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。 2.1 EPS中扭杆式扭矩传感器的结构、原理扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂直移动。

扭矩仪工作原理

扭矩仪是一种用于测量物体扭转时施加的力矩的测量仪器。它的工作原理基于力矩平衡原理。

一般来说，扭矩仪由以下几个组件构成：传感器、电子模块、处理器和显示器。

传感器是扭矩仪中最重要的一部分，它可以检测到物体在旋转时所施加的力矩大小和方向。传感器一般是由扭矩变为电信号的装置，它会将被测物品的扭矩信号转化为电信号，并将其送至电子模块中。电子模块负责通电、处理电信号并计算扭矩值，同时也将测量结果传输至处理器中。处理器是扭矩仪的核心部分，它可以对测量结果进行处理和分析，并将结果显示在显示器上。

在扭矩测量之前，需对扭矩仪进行校准以保证测量结果的准确性。将扭矩工具与扭矩仪相连接，则扭矩传感器内部的扭矩应该与工具端的扭矩相等。根据校准的结果调整扭矩仪的标定系数，以获得更精确的测量值。

在测量时，可通过手动或电动方式施加扭矩。当物体被旋转时，传感器会感应到物体所施加的扭矩，并将信号传输到电子模块中。电子模块接收信号后，将其转换为数字信号，再传输至处理器进行数据处理和分析，最终将结果输出至显示器上。

总之，扭矩仪工作原理简单，通过测量扭转运动产生的力矩大小和方向，以获得物体的扭矩值。这使得扭矩仪成为许多领域中不可或缺的测量工具，如汽车维修、机械制造等。

扭矩传感器校验标准

一、扭矩传感器校准基本原理

扭矩传感器是用于测量机械设备扭矩的一种传感器。在实际应用中，为了确保测量结果的准确性和可靠性，通常需要对扭矩传感器进行定期校准。扭矩传感器的校准基本原理是通过比较标准负载和实际测量结果，对传感器的输出进行校准。扭矩传感器的校准可分为静态校准和动态校准两种方法。

二、静态校准

静态校准是指在负载不变的情况下进行校准。静态校准方法可以采用标准砝码比较法或者悬挂法。

（1）标准砝码比较法：该方法是将标准砝码悬挂在传感器的接头位置，通过比较传感器的读数和标准砝码的重量，来验证传感器读数的准确性。该方法适用于小扭矩传感器的校准。

实际操作步骤：

① 将标准砝码悬挂在传感器的接头位置；

② 读取传感器的输出值，并记录下来；

③ 拿下标准砝码，重新读取传感器的输出值，并将读数与记录值进行比较，以验证传感器的准确性。

（2）悬挂法：悬挂法也是一种直接比较法，常用于大扭矩传感器的校准。该方法是通过悬挂不同重物，来比较传感器输出的扭矩值。具体的操作步骤如下： ① 将传感器安装在支架上，使其与安装板平行；

② 悬挂不同重物，同时记录传感器读数；

③ 重复上述步骤2-3，直到悬挂不同重物时记录值与实际值误差最小。

三、动态校准

动态校准是在负载变化的情况下进行校准。动态校准方法可以采用扭矩标定器或者校准架进行。

（1）扭矩标定器：扭矩标定器是一种实验室常用的校准设备，适合于精度要求比较高的扭矩传感器。该设备通过一块标定轮和一个电器控制系统，产生一定的转矩信号，并将该信号传输到扭矩传感器上进行校准。

实际操作步骤：

① 根据标定器的使用说明，将传感器连接到标定器上；

② 按照标定器的设置要求，将标定器设置为连续或者单点模式；

③ 开始标定程序，记录下标定过程中每个数据点的数据，并进行校准。

（2）校准架：校准架是一种相对简单的校准设备，构造简单，易于使用，适合于现场扭矩传感器的校准。

光电式扭矩传感器工作原理

光电式扭矩传感器是一种用于测量旋转装置扭矩的传感器。它的工作原理基于光电效应和应变测量技术。

首先，光电式扭矩传感器利用光电效应来测量扭矩。在传感器的内部，通常会有一对光栅或者光栅条，其中一个固定在传感器的外壳上，另一个连接到旋转装置上。当旋转装置受到扭矩作用时，连接到旋转装置上的光栅条会发生相对于固定光栅的微小位移。这种位移会改变光栅之间的光学信号传输，进而产生一个与扭矩大小成正比的光学信号。

其次，传感器会将光学信号转换成电信号。这通常是通过内部的光电传感器和信号处理电路来实现的。光电传感器会检测光栅之间的光学信号变化，并将其转换成电信号。信号处理电路会进一步放大、滤波和转换电信号，以便于后续的数字化处理或者直接输出给用户。

最后，传感器会输出扭矩数值。经过信号处理电路处理后的电信号会被转换成扭矩的数值。这个数值可以通过显示屏、数据接口或者其他输出方式呈现给用户，以便用户能够实时监测扭矩的数值。

总的来说，光电式扭矩传感器通过光电效应测量扭矩，并通过信号处理电路将光学信号转换成电信号，最终输出扭矩数值给用户。它的工作原理相对简单，但在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。