为保证测量的正确性，必须保证测量中单位的统一，为此我国以国际单单位制为基础确定了法定计量单位。测量精度是指测量结果与真值的一致程度。任何测量过程总是不可避免出现测量误差。量规检验不能获得被测几何量的具体数值。间接测量法存在基准不重合误差，故仅在不能或不宜采用直接测量的场合使用。......
2025-09-29
力矩参数测量技术
【摘要】：力矩又称转矩或扭矩，它是改变物体转动状态的原因，是各种旋转机械传动轴的基本载荷形式，其测量对传动轴载荷的确定与控制、传动轴工作零件的强度设计以及电动机容量的选择等意义重大。电阻应变式扭矩测量1）测量原理。滑环式扭矩测量是由扭矩传感器和应变仪两部分组成，信号传输采用接触式集电环，这种扭矩测量结构简单，制造方便，能直接与电阻应变仪配套使用，在一般测量中用的较多。
力矩又称转矩或扭矩，它是改变物体转动状态的原因，是各种旋转机械传动轴的基本载荷形式，其测量对传动轴载荷的确定与控制、传动轴工作零件的强度设计以及电动机容量的选择等意义重大。力矩可分为静态力矩和动态力矩两类。
下面介绍常用测量方法。
（1）电阻应变式扭矩测量
1）测量原理。当扭矩作用于被测轴时，轴发生扭转变形，在与轴线成正负45°夹角方向上产生最大的剪应变，在此方向上粘贴电阻应变片就能测出施加扭矩T，单元体对角线由AB变为AB′，则
由于d≪L，忽略d/L的高次项，则有
级数展开，
而AB=2L，则有
而
对于实心轴
对于空心轴
这就是说，在与轴线成正负45°每个应变片的应变值仅为扭矩作用下的剪切应变值的1/2。
当被测轴在扭矩作用下工作时，被测轴主要是扭矩作用。但在一般情况下，被测轴还可能受到弯曲、轴向力等影响。
2）实现方法
①滑环式。滑环式扭矩测量是由扭矩传感器和应变仪两部分组成，信号传输采用接触式集电环，这种扭矩测量结构简单，制造方便，能直接与电阻应变仪配套使用，在一般测量中用的较多。但是接触式集电环最大问题是在集电环中固定部分与旋转部分之间存在着接触电阻，并在较大范围内变化，这势必影响测量信号，造成噪声干扰，所以不适用于高速和振动较大场合。
②近场遥测法。扭矩遥测仪是运用近距离遥测技术，克服了滑环传输中存在的摩擦、磨损、温升、接触电阻不恒定弊病。遥测扭矩仪由扭矩传感器、发射机、接收机三部分组成。根据发射调制方法的不同，有下述遥测体制：调幅—调频（AM—FM）、调频—调频（FM—FM）、脉频—调幅（PFM—AM）以及脉宽调制（PCM）。
根据遥测系统传递信号的多少，可分单通道和多通道遥测系统。(https://www.chuimin.cn)
遥测扭矩仪的工作原理：当被测旋转体发生变形时，粘贴的应变片阻值发生变化，通过电桥转换为微弱的电压信号，经放大器放大，送到调制器。由于被测的应变信号一般在1kHz以下，所以必须经调制才能转换成高频（载波频率100MHz左右）电磁波发射出去。安放在工作台面的接收机通过接收天线和调谐器将电磁波接收下来，经过放大器、解调等环节复现被测信号，再经过低频功率放大电路驱动记录仪器。
（2）相位差式扭矩测试
1）测试原理。由材料力学理论可知，一根圆轴在扭矩Mn的作用下，相距L的两个断面之间产生相对扭转角，其值为
式中，Jn为断面的极惯性矩；G为材料的剪切弹性模量。
对于实心圆轴 Jn=π/32d4 （2-3）
对于空心圆轴
式中，d为实心圆轴的直径；D0为空心圆轴的外径；d0为空心圆轴的内径。
从式（2-3）和式（2-4）可见，只要轴的尺寸d或D0，d0及L确定，材料的剪切弹性模量G也是一定的，设K=L/GJn，为常数，则转轴上相距L的两断面相对扭转角就只与扭矩有关，即
θ=KMn
因此，只要测得θ即可确定Μn。
图2-8 相位差式扭矩测试
2）测试方法如图2-8所示，在被测扭矩传送轴上安装一对齿轮（齿数为z，齿轮相距为L），在齿轮的外缘固定两个电磁检测器，当轴以转数n转动时，线圈相对于齿轮切割磁力线，产生交变电动势，其波形为正弦波，频率为
当齿数z=60时，频率值等于转速值n，即
f=n
显然，若两个齿轮的齿数相同，则两波的周期相同；若轴上加负载，则两个波产生相位差，测出相位差即可检测扭转角，由扭转角即可计算出扭矩。
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