转矩传感器在柴油机低温阻力矩中的应用

　　0　引言

　　目前,采集柴油机阻力矩的常用传感器有应变式传感器、光纤传感器和磁电式传感器等。应变式传感器体积小,但其输出信号是基于电阻变化而得到,受温度、电源电压等环境参数影响较大,另外输出电压值只有mV级,必须对信号进行放大处理,才能提高其测量精度;光纤传感器测量精度非常高,受温度影响也小,但其结构复杂,价格昂贵;而磁电式相位差型传感器根据相位差来推算转矩,依据某路正弦信号频率计算转速,能同时采集转矩、转速等信号,且工作稳定可靠。温度虽对其测量精度有一定影响,但可通过温度和相位的补偿来解决[1—3]。故磁电式相位差型传感器非常适合于测量柴油机低温起动性能参数的需求。因此,基于转矩传感器的转矩和转速等信号的特点,设计了相位差检测电路和温度补偿电路,构造了柴油机低温起动阻力矩测试的试验方案,并利用所设计的相位差和温度的补偿电路,进行了转矩传感器性能试验和柴油机低温起动阻力矩测试试验。

　　1　转矩传感器

　　如图1所示,转矩传感器由弹性轴、磁电发生器、套筒及壳体等4部分组成。磁电发生器包括配对的2组内、外齿轮、磁钢和感应线圈。外齿轮安装在弹性轴测量段的两端;在套筒内的内齿轮和外齿轮相对,磁钢紧接内齿轮安装在套筒内;磁钢、内外齿轮构成环状闭合磁路。感应线圈固定在壳体的两端盖内[4]。

　　在驱动电机带动下,内齿轮随套筒旋转。套筒的作用是当弹性轴的转速较低或者不转时,通过传感器顶部的小电动机及齿轮带动套筒,使内齿轮反向转动,提高内、外齿轮之间的相对转速,保证转矩测量精度。内、外齿轮是变位齿轮,并不齿合,内、外齿轮在相对旋转运动时,齿顶与齿槽交替相对,相对转动一个齿位时,磁路的磁通随之相应做周期变化,因此线圈中感应出近似正弦波的电压信号,这2组交流电信号的频率相同,且与轴的转速成正比。将2只外齿轮的错位角信号转换成的电压信号输入NC-2A扭矩仪,经放大、整形、箝相、变换成计数脉冲,然后计数和显示,便可直接读出扭矩和转速的测量结果。

　　2　信号处理电路设计

　　2. 1　相位差补偿电路

　　转矩传感器的相位差测量电路原理如图2所示。当弹性轴未加转矩时,传感器输出2路正弦信号,彼此相差180°;当施加转矩时, 2路正弦信号彼此相差会发生变化。将变化的信号经过前置处理和整形,由于转矩传感器输出2路近似正弦信号的幅值小且频率较高,必须用高精度、高速的电压信号比较器检测其过零点,后经相位检测电路得到2个信号的相位,检测到的结果直接送入单片机(AT89C51)进行理,计算出相位差,根据相位差即可计算出转矩大小,根据某路正弦信号频率即可计算出转速大小。