动态扭矩测试仪的研制

　　1　引　言

　　动力设备传动系统的台架运行状况与实车实况的跑车状况有较大区别,尤其是动力源和动力传动系统在启动、停止等工作状况转换过程中产生的扭矩峰值可能远大于平时的工作扭矩,这就会造成设备损伤,甚至使其丧失工作能力,而台架试验测量的是工作状态下的平均扭矩或稳态扭矩,他不能反映动态扭矩的实际幅值和响应速度,况且动力装置扭矩测量往往受到空间狭小、恶劣电磁环境等因素限制,这就需要对动态扭矩的测量加以研究,扭矩仪的计量技术也是当前急需解决的问题,计量标准的统一关系到扭矩值的传递与统一,关系到仪器数据的准确性和可靠性。

　　笔者研制的动态扭矩测试仪,采用无线供电和无线近程遥测技术,用非接触测量方法获得扭矩信号,提高了扭矩测量精度,且数据传输速度快、可靠性高,体积小适宜现场动态扭矩的测量。

　　2　工作原理

　　扭矩测试仪的基本工作原理如图1所示。动力装置轴系的扭矩信号经传感器转换为电信号,经放大、滤波、A/D转化为素质信号后再由无线发射装置发出去,经接收器和处理电路再转换为扭矩值,在PC机数字实时显示瞬时扭矩大小和方向。

　　3　数据采集及发射电路

　　信号经调平电路、放大电路和滤波电路后传入A/D转换器MAX1240中,电路按照图2转换时序的要求完成数据的转换,转换后的信号由A/D转换器的DOUT输出到单片机。

　　单片机AT90S2313与无线收发芯片nRF2401的硬件连接如图3所示。图中单片机AT90S2313的PB7,PB6,PB4,PB3,PB2,PD2分别与nRF2401的PWR UP,CE,CS,CLK1,DATA,DR1相连。

　　4　信号接收电路

　　无线收发一体芯片nRF2401接收到来自发射部分的信号后,送入单片机然后经由接口电路传入PC上位机。其硬件连接如图4所示。在此选用的单片机是AT89C51。

　　5　电源设计

　　在遥测系统中,电源设计是其中重要的一环。本测试仪数据采集发射部分电源采用无线方式,而接收部分电源可利用上位机给其供电。感应式供电设计的主要目的是给旋转轴上的数据采集发射电路供电。根据变压器的基本原理,利用初级线圈产生交变的磁场,在次级线圈中就可以感应出交变的电动势,从而产生感应电流。初级线圈和次级线圈之间没有任何直接的接触。如图5所示。

　　由于车辆一直在行进中,工作环境比较恶劣,整个电路工作中会受到一定的冲击和震荡。另外,车上各种其他电子仪器发出的电磁波也会对电路的正常工作有一定影响。

　　所以,电路中不可活动的部分应牢牢固定在车体上,为了防止电磁波的相互干扰,整个电路有金属网罩包围屏蔽起来。旋转轴上无线感应式供电的原理框图如图6所示。