动态扭矩遥感测试系统校准方法研究

    随着计量测试技术的发展,动态扭矩测试技术在各个领域得到越来越广泛的应用。动态扭矩测试系统就是能够对动力(或传动)装置或设备连续稳态或瞬态交变旋转的轴所传递的扭矩进行实时监测的扭矩测试装置。由于受到动力或传动装置空间狭小和旋转运动等因素的限制,在许多场合不得不将动态扭矩测试系统设计为直接将应变片(或应变计)粘接在轴上和遥感测试的方式,这就是动态扭矩遥感测试系统(以下简称测试系统)。

    1　测试系统的组成、工作原理及应用

    测试系统一般由传感器(或应变计)、发射器、接收器及记录装置等几部分组成。

    工作原理是粘贴安装在某一固定形状的旋转轴上的传感器或应变计,将在一定扭矩作用下的轴的扭转变形转换成相应的电压或电流信号,通过发射器以一定的频率发射出去,在一定距离内的接收器接收到相应的信号,并通过与接收器相连的记录或显示装置记录或显示出相应的电压或电流值的大小。

    在实际应用中,此测试系统既可用来测量扭矩,也可用来测量力值及应变量。但必须保证测试系统的最大输出不得超过满量程额定值,即与预期的应变片负载相匹配。根据实际需要,可以对满量程输出与所对应的扭矩或微应变转换系数进行调整,一般情况下调整为整数,以利于读数和计算方便。

    2　(静态)校准的必要性

    目前,国内还没有对直接将应变片(或应变计)粘接在轴上进行动态扭矩测量的测试系统进行(动态和静态)校准的相应装置及方法,所采取的校准方式基本上都是仅对测试系统中的发射与接收装置的增益及其线性进行校准。由于此类测试系统相对于某一输入参数(扭矩值),其输出除与测试系统的增益大小有直接关系之外,还与被测轴的内径尺寸、外径尺寸、弹性模量及应变计的应变因子(灵敏系数)有关。但相对于被测轴而言,其内径尺寸、外径尺寸、弹性模量均可以准确测量和通过查阅相关资料得到,只有应变因子是不确定参数,且其值的准确与否将直接影响测试数据的可靠性和准确性。针对这一问题,本文提出了如下校准方法以对此类动态扭矩测试系统的整套装置有关参数进行校准。

    3　主要参数的校准

    3·1　校准原理

    在许用强度和刚度条件下,轴的变形均为弹性变形,作用其上的扭矩与其变形之间是线性关系,同时因为应变计的应变因子也是一常数,因此动态扭矩遥感测试系统的输出信号与传感器(或应变计)的微应变之间也存在固定的线性对应关系,并可用公式(1),(2)分别计算出输出信号所对应的扭矩(全桥, 4个有效臂)及应变(1/4桥)的大小。