基于ADμC812单片机的弹力扭矩测试仪

　　1　引言

　　动态扭矩信号的测量,目前有磁弹性扭矩传感器、振弦式扭矩传感器以及各种基于其它物理效应的扭矩传感器测试系统,但应用最广泛的是基于应变片式的扭矩测试方法。而对于如图1所示的工件(固件和弹簧刚性连接,弹簧在图1状态下处于自然状态),由于主轴不裸露在外,即不能将应变片粘贴在被测轴上,又不能将传感器直接与被测轴刚性连接。而且由于弹簧的存在,当主轴相对旋转移动件旋转时,旋转移动件受到弹力和扭力的双重作用,除发生旋转外还会有箭头所指方向的轴向移动。基于ADμC812单片机控制的应变片式弹力扭矩测试系统,采用辅助夹具的方法,使被测轴与传感器间接相连。

　　2　扭矩测试仪的设计

　　2·1　工作原理

　　测试系统工作原理如图2所示。测试前,用户通过BCD码键盘手动输入测试点(角度)和扭矩的合格范围及起始转动方向。上料夹紧后启动,单片机通过驱动器控制步进电机由起始点向结束点运动。扭矩信号通过传感器转化为电信号输出,经过信号调理电路后成为单片机A/D转换接口适用的电压信号。单片机在设定点采集角度和扭矩值,根据设定值判断工件是否合格,如不合格则发出声光报警,合格则显示测试点的角度和扭矩值。

　　2·2　机械结构

　　扭矩测试仪的机械结构如图3所示。

　　由于测量工件小而且结构复杂(见图1),主轴的夹持部分很短,所以不能将扭矩传感器直接与被测轴刚性连接。采用辅助夹具的方法使被测轴与传感器间接相连,在图3中光栅与步进电机、步进电机与辅助轴均通过轴连器刚性连接,使三者同步。扭矩传感器固定在辅助轴上并与传感器夹具套刚性连接,夹持导向机构固定在传感器夹具套上,工件即安装在此机构上。这样的结构设计能够保证传感器检测到的扭矩即为工件所受的扭矩,光栅记录到的步进电机转过的角度即为工件转过的角度。

　　2·3　硬件电路

　　扭矩测量主要有3个环节:信号拾取、信号处理(含信号传输)、信号显示和记录。

　　采用电阻应变片式传感器来拾取信号。以金属材料为敏感元件的应变片基于金属丝的应变效应。由物理学可知大多数金属在弹性变形范围内应变与电阻变化率成线性关系。基于这一原理,扭矩测试仪采用电阻式传感器,将作用在被测工件上的扭矩值转化为金属应变片电阻值的变化,再通过测量电桥转换为电信号。测量电桥是由应变计构成的全桥电路,±5 V直流电源供电。采用桥式结构可获得较大的测量范围。所选的传感器量程为±10 N·m,精度为0·1% FS.