扭矩传感器的不同的校准方法及优势

扭矩传感器的校准

①传统送检校准（实验室校准法）根据扭矩传感器的结构特点，校准方法大多是将其送计量实验室进行扭矩静态标定，比较成熟的是力臂杠杆加砝码的方法，其主要原因是标准砝码质量精度高、稳定性好。中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司熊俊、胡斌研制了静重式标准扭矩传感器校准系统，该校准系统以砝码、杠杆产生标准力矩，配以力矩平衡装置，由计算机自动处理数据并给出相应测试报告。校准系统结构如图5所示，主要包括杠杆系统、砝码加载装置、砝码、力矩平衡装置、计算机、电控箱、机座等。标准扭矩传感器校准系统的工作原理是：在检定、校准过程中，计算机向电控箱发出指令，通过力臂杠杆的作用产生标准力矩，借助力矩平衡装置按预定顺序自动、平稳、准确地把作用力矩和平衡力矩施加到被校扭矩传感器上，标准力矩与扭矩传感器的读数差值就是该扭矩传感器的误差。标准扭矩传感器校准系统具有实时性高、数据精度高、成本低、易维护、调试操作方便等优点。

②一种新型扭矩传感器校验仪为了能够在动态加载情况下对扭矩传感器进行校验，燕山大学张玉存、李群设计了一种新型扭矩传感器校验仪，该校验仪采用了虚拟仪器技术，使仪器具有灵活、可自定义、具有强大数据处理和分析功能、易于嵌入数字补偿等特点。通过控制磁粉制动器，使扭矩传感器校验仪具有灵活的加载方式，并且采取PDD的控制方法克服了磁粉制动器低速时的不稳定现象，该校验仪的结构如图6所示。扭矩传感器校验仪的工作原理是首先把标准的扭矩传感器安装在图6中被测传感器的位置，标定安装在磁粉制动器上的力传感器，记录磁粉制动器的电流控制器输出的电压值及对应的力传感器的输出值和标准传感器的值，然后应用最／j．，---乘法拟合最佳曲线，找出它们之间的关系。卸下标准传感器，再把被测扭矩传感器安装在被测位置。通过已经找到的曲线关系可以算出被测传感器的输出值，然后与被测扭矩传感器的显示值进行比较和校验。通过控制磁粉制动器输入电流，从而达到改变加载形式的目的。它能够使扭矩传感器校验仪在动态运行状态下进行校验，是对传统的静态下校验方法的改进。

③磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪微扭矩传感器适用于微小扭矩测量，具有测量精度高、分辨率高和不确定度小等特性。常规的扭矩传感器校准仪常采用悬臂梁加砝码的结构，结构简单，稳定性好，但也存在摩擦阻力矩等干扰因素，难以满足微扭矩传感器计量校准。国家电机及机械零部件产品质量监督检验中心徐君等提出了一种磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪的设计方案。该校准仪在原有悬臂梁加砝码的结构基础上，垂直放置扭矩传感器，并采用磁悬浮结构、纯扭矩加载方式和轻质复合材料，极大消除了摩擦阻力矩等干扰因素的负面影响，提高了测量精度。新型微扭矩传感器校准仪结构原理图如图7所示。待校准的微扭矩传感器通过定位块和抱紧块固定在底座上，转轴上安装力臂；两根导轨对称固定在底座上，并在上面安装可沿导轨上下移动的轴承架；轴承架上安装微型轴承；引线绕过力臂圆弧状的端部并挂在微型轴承上，一端固定在力臂上，另一端固定一砝码；力臂中心处磁铁与磁座中心处磁铁处于相吸状态，调整磁座高度来改变磁力大小，进而使力臂处于悬浮状态；底座上安装调高支撑脚，调节整个机构到水平位置，校准原理与静重式标准装置中悬臂梁加砝码的校准原理一致。

扭矩传感器的不同的校准方法及优势

扭矩传感器在是工业自动化应用中非常灵活敏感的仪器之一，扭矩传感器的工作精度一般要求也是相当高。于是我们对新买的扭矩传感器校准问题是不能忽视的。扭矩传感器的校准分为很多不同方式，各种不同的校准方式也有着各自不同的优势。

我们可以选择不同的校准方式，在校准实验室或测试台现场的校准，校准传感器的任务，像使用于功率测试台中的那样的应用，一直是把测量量扭矩传输进应用。最简单的是测量量扭矩传输直接通过留在传动轴系中的扭矩传感器执行。这也就是在厂家校准设备或其他在现场的校准实验室进行的扭矩传感器的校准作为参考被引用。对此视PTB校准书或DKD校准书直到厂家测试简报的要求而定，可以应用所有等级证书。但是当扭矩传感器被用于测试台时，当地的边界条件对测试台的扭矩传感器的测量不可靠性有决定性的影响并引起进一步的偏差。这类偏差的原因可能是测试台部件如架子或离合器。某些因素如部件的校准，配合零件或螺栓的弹性材料习性可能影响传动轴系的形变习性并由此影响扭矩传感器本身，因此扭矩传感器的测量特征受到影响。

测试台校准的优势有三点：第一是在测试台的安装状态和和校准时的安装状态的差异产生的影响消失。其二是再校准通过快速实施节省时间，因为无需全部拆卸和运输到外部校准实验室，其三由于测试台的应用是作为整体测量手段体现的，它的干净利落的可追溯性是有证书的，使得现场校准的接近可追溯性的基本思想，弄清对校准的精确度要求。

扭矩传感器还有一种方式的校准为动态校准，作为狭义的动态校准必须认识到，在校准时获得的扭矩随时间很快变化，它在它的动态中相应于可能的运行的时间变化。对此要求，在扭矩连续变化时既要确定参考扭矩又要测量待校准的传感器的输出。这要求特别地注意测量的同时性。此外，如果采用不是适于参考和校准对象的严格相同的放大器类型，放大器的信号走时对变化快速的扭矩有影响。不同的信号走时也可以是滤波器的不同调节以及不同特征的结果。杠杆臂－质量－系统不能作为参考扭矩源。

通常用扭矩参考传感器工作。也可设想，扭矩由转动加速度对于已知质量惯性矩的物体计算出来。往往会把旋转时进行的校准以动态校准相称或甚至与之混淆，尽管旋转运动本身对扭矩是静态还是动态不是决定性的。然而这种联系一定程度上是有道理的，因为在旋转时动态扭矩部分不能完全排除。在系统行为方式的意义上，必须对旋转时的校准区别静态的还是动态的扭矩。旋转时的静态校准体现了一 个任务，对它不存在保险的行为方式。旋转时的动态校准比静态的又有额外的困难，技术状态不过是确定转速对零信号的影响。