数字式高精度转矩转速测量仪的设计

    1引言

    电动机及机械动力装置旋转轴的转矩一转速特性是电动机及机械动力装置的一项重要参数，转矩转速特性曲线的形状及曲线中的起动转矩、最小转矩、最大转矩是衡 量一台电动机或机械动力装置能否顺利起动和稳定运行的重要指标，因而研制出一种数字式、高精度、便携式的转矩转速测量仪则具有非常现实的意义。

    在传统的旋转动力系统转矩测试中，通常借助于导电滑环来实现电阻应变桥能源的输人及应变信号的输出，然而由于被测轴在高速旋转时产生颤振，使接触点处接触 电阻发生变化，从而使测量误差增大。此外，导电滑环属于摩擦接触，不可避免地存在磨损及发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。

    为解决上述问题，选用JN338数字式转矩转速传感器进行转矩的测量，并以数字量的形式送人以AT89C52单片机为核心构成的测试系统。由于JN338 传感器采用两组带间隙的特殊环形旋转变压器承担应变桥能源输人及信号输出任务，实现了能源及信号的无接触传递，从而提高了转矩测量的精度及可靠性。

    本测量仪可完成转矩、转速、轴输出功率的测量及报警值设定，测量周期设定及传感器调零设定，同时还可将测试数据通过RS232口传送到上位计算机中，以实现测量数据的处理、分析和对比。下面具体阐述其测量原理、硬件构成及软件设计，并给出应用效果和结论。

    2 转矩、转速测量原理

    采用JN338数字转矩转速传感器对转矩进行测量，可实现转矩信号的传递，与是否旋转无关，与转速大小无关，与旋转方向无关。该传感器既可以测量静态转矩 又可以测量动态转矩，无需反复调零即可连续测量正反转矩，可以高速长时间运行，检测精度高、稳定性好、抗干扰能力强。此外传感器输出信号以频率量方式给 出，便子和微处理器、单片机接口。

    2.1转矩测量原理

    JN338转矩检测的敏感元件是电阻应变桥。将电阻应变片组成的电桥粘贴在被测弹性轴上，向应变桥提供直流电源即可检测出该弹性轴受扭时毫伏级轴应变电信号，将该应变信号放大后，经过压频转换变换成与扭应变成正比的频率信号。

    2.2转速测量原理

    JN338传感器在旋转轴上安装着60条齿缝的测速轮，在传感器外壳上安装一只由发光二极管及光敏三极管组成的槽型光电开关架，测速轮的每一个齿将发光二 极管的光线遮挡住时，光敏三极管就输出一个高电平;当光线通过齿缝射到光敏管的窗口时光敏管就输出一个低电平，旋转轴每转一圈就可得到60个脉冲，因此， 每秒钟检测到的脉冲数恰好等于每分钟转数。