轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝于功率傳動(dòng)軸之間，是一種測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測量儀器。

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器工作原理

轉(zhuǎn)矩傳感器主要由扭力軸、磁檢測器，轉(zhuǎn)筒及殼體等四部分組成。磁檢測器包括配對的兩組內(nèi)、外齒輪，永久磁鋼和感應(yīng)線圈。外齒輪安裝載扭力軸測量段的兩端；內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)筒內(nèi)，和外齒輪相對，永久磁鋼緊接內(nèi)齒輪安裝在轉(zhuǎn)筒內(nèi)。永久磁鋼，內(nèi)外齒輪構(gòu)成環(huán)狀閉合磁路，感應(yīng)線圈固定在殼體的兩端蓋內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下，內(nèi)齒輪隨同轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。

內(nèi)外齒輪是變位齒輪，并不齒合，齒頂六由工作氣隙，內(nèi)外齒輪的齒頂相對時(shí)氣隙最窄，齒頂和齒槽相對時(shí)，氣隙最寬。內(nèi)外齒輪在相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒頂與齒槽交替對，相對轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒位時(shí)，工作氣隙發(fā)生一個(gè)周期的變化，磁路的磁阻和磁通隨之相應(yīng)作周期變化，因此線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電壓訊號(hào)，訊號(hào)電壓瞬時(shí)值的變化和內(nèi)外齒輪的相對位置的變化是一致的。

如果兩組檢測器的齒輪的投影互相重合時(shí)、兩組電壓訊號(hào)的相位差為零。安裝時(shí)，兩只內(nèi)齒輪的投影是重合的。而扭力軸上的兩只外齒輪是按錯(cuò)動(dòng)半個(gè)齒安裝的。因此，兩個(gè)電壓訊號(hào)具有半個(gè)周期的相位差，即初始相位差為α0=180°。若齒輪為120齒，分度角為3°，相位差為180°時(shí)，相應(yīng)外齒輪錯(cuò)動(dòng)1.5°。

當(dāng)扭力軸受到扭矩作用時(shí)，產(chǎn)生扭角β，兩只外齒輪的錯(cuò)位角變?yōu)?.5°±β兩個(gè)電壓訊號(hào)的相差角相應(yīng)變?yōu)椋害?120×（1.5°±β）=180°±120β。扭角和扭矩是成正比例的，因此扭角的變化和扭矩成正比，即相位差角的變化△α=α-α0=±120β=120K1M=KM式中K1為相位差角和扭矩的比例系數(shù)，K=±120K1，“±”另表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向。設(shè)扭力軸測量段的直徑為d，長度為L，扭力軸材料的剪切彈性模為G，則K1=32L/πdG。

將傳感器的兩個(gè)電壓訊號(hào)輸入TR-1轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速功率測量儀，經(jīng)過儀表將電壓訊號(hào)進(jìn)行放大、整形、檢相、變換成計(jì)數(shù)脈沖，然后計(jì)數(shù)和顯示，便可直接讀出扭矩和轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果。由于采用磁電轉(zhuǎn)換、相位差原理和數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量方法，因此能進(jìn)行穩(wěn)定、可靠、快速、靈敏的高精度測量。

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理是：通過彈性軸、兩組磁電信號(hào)發(fā)生器，把被測轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號(hào)， 這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉(zhuǎn)矩成正比。

在彈性軸的兩端安裝有兩只信號(hào)齒輪， 在兩齒輪的上方各裝有一組信號(hào)線圈， 在信號(hào)線圈內(nèi)均裝有磁鋼， 與信號(hào)齒輪組成磁電信號(hào)發(fā)生 器。 當(dāng)信號(hào)齒輪隨彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 由于信號(hào)齒輪的齒頂及齒谷交替周期性的掃過磁鋼的底部，使氣隙磁導(dǎo)產(chǎn)生周期性的變化， 線圈內(nèi)部的磁通量亦產(chǎn)生周期性變化， 使線圈中感生出近似 正弦波的交流電信號(hào)。 這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比， 因此可以用來測量轉(zhuǎn)速。

這兩組交流電信號(hào)之間的相位與其安裝的相對位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方 向有關(guān)。當(dāng)彈性軸不受扭時(shí)，兩組交流電信號(hào)之間的相位差只與信號(hào)線圈及齒輪的安裝相對位置有關(guān)，這一相位差一般稱為初始相位差，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，使其相差半個(gè)齒距左右，即兩組交流電信號(hào)之間的初始相位差在 180 度左右。

在彈性軸受扭時(shí)，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形， 使兩組交流電信號(hào)之間的相位差發(fā)生變化，在彈性變形范圍內(nèi)， 相位差變化的絕對值與轉(zhuǎn) 矩的大小成正比。把這兩組交流電信號(hào)用專用屏蔽電纜線送入 NC 型扭矩測量儀或具有其功能的扭矩卡送入計(jì)算機(jī)，即可得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率的精確值。兩端的信號(hào)發(fā)生器是由安裝在彈性軸上的外齒輪、 安裝在套筒內(nèi)的內(nèi)齒輪、 固定在機(jī)座內(nèi) 的導(dǎo)磁環(huán)、磁鋼、線圈及導(dǎo)磁支架組成封閉的磁路。

其中，外齒輪、內(nèi)齒輪是齒數(shù)相同互相脫開不相嚙合的。 套筒的作用是當(dāng)彈性軸的轉(zhuǎn)速較低或者不轉(zhuǎn)時(shí)， 通過傳感器頂部的小 電動(dòng)機(jī)及齒輪或皮帶傳動(dòng)鏈帶動(dòng)套筒，使內(nèi)齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了內(nèi)、外齒輪之間的相對轉(zhuǎn)速，保證了轉(zhuǎn)矩測量精度。但是，此時(shí)輸出信號(hào)的頻率不能用來測量轉(zhuǎn)速。解決的辦法 是建議用戶另外增加轉(zhuǎn)速傳感器（如 NJ0、NJ1D、NJ2 等）或者在傳感器上增加一個(gè)轉(zhuǎn)速 傳感器（如 NJ3、NJ4 等） ，因?yàn)槭谴烹娛絺鞲衅鳎谵D(zhuǎn)速過低時(shí)仍然不能保證轉(zhuǎn)速的正確測量。

為此，又派生了 NJ*D 型低速系列轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)品。NJ*D 型低速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的解決方法是增加了套筒測速頭及安裝在套筒上的測速齒輪，其測速頭的信號(hào)送入 NC-2A 型扭矩測量儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不論套筒是否轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)始終是彈性軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，即使轉(zhuǎn)速為零也是如此。