基于JCZ型传感器的扭矩和转速测量方法

　　0　引　言

　　在测试扭矩和转速[1]的场合中,通常,要将扭矩和转速信号转换成电信号进行测量。测量方案有: (1)采用电阻应变式传感器,这种传感器的工作原理是力→应变→电阻变化→电压输出。它的优点在于体积小,但它的输出信号是基于电阻的变化而得到的,受温度、电源电压等环境参数的影响较大,由于它输出电压值只有毫伏级,使用它必须对其信号进行放大,需要高精度的放大电路; (2)采用磁电式相位差型传感器,其工作原理是当输入、输出轴未施加扭矩时,传感器输出两路正弦信号,彼此相差180°;当施加扭矩时,两路正弦信号彼此相差会发生变化,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。可以同时获得扭矩、转速信号,且工作稳定可靠。

　　本文讨论了在某汽车变速箱加载测试系统中基于JCZ型扭矩转速传感器的扭矩和转速测量方法。

　　1　JCZ型扭矩转速传感器的基本原理

　　JCZ型扭矩转速传感器的基本原理是通过弹性轴、两组磁电信号发生器,把被测扭矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号,这两组交流电信号的频率相同,且与轴的转速成正比,而其相位差的变化又与被测扭矩成正比。

　　JCZ型扭矩转速传感器的工作原理见图1。在弹性轴的两端安装有2只信号齿轮,在两齿轮的上方各装有一组信号线圈,在信号线圈内均装有磁钢,与信号齿轮组成磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时,由于信号齿轮的齿顶及齿根交替周期性的扫过磁钢的底部,使气隙磁导产生周期性的变化,线圈内部的磁通量亦产生周期性变化,使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频率相同,且与轴的转速成正比,因此,可以用来测量转速。这两组交流电信号之间的相位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小及方向有关。当弹性轴不受扭时,两组交流电信号之间的相位差只与信号线圈及齿轮的安装相对位置有关,这一相位差一般称为初始相位差,在设计制造时,使其相差半个齿距左右,即两组交流电信号之间的初始相位差在180°左右。在弹性轴受扭时,将产生扭转变形,使两组交流电信号之间的相位差发生变化,在弹性变形范围内,相位差变化的绝对值与扭矩的大小成正比。把这两组交流电信号用专用屏蔽电缆线送入PI-100型扭矩转速测量仪,或通过具有其功能的PI900扭矩卡送入计算机,即可得到扭矩、转速及功率的精确值。

　　2　输出信号处理

　　当输入、输出轴未施加转矩时,传感器输出两路正弦信号,彼此相差180°;当施加扭矩时,两路正弦信号彼此相差会发生变化。将变化的信号送入单片机,计算出相位差,根据相差即可计算出扭矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。信号处理框图如图2所示。