扭矩测试仪的设计

　　NJF一B型扭矩测试仪用于校验定扭矩螺丝刀和定扭矩板手，也可用于其它器具的扭矩测量。

　　1.总体方案

　　由于扭矩测试仪主要用于校验定扭矩螺丝刀和定扭矩板手，所测量的值是一个瞬时变化的扭矩峰值，因此需要反应灵敏、精度高的扭矩传感器，并将传感器信号放大后送到峰值保持电路，由高速A/D转换电路转换成数字量，送到单片机系统进行判别、比较、运算、显示，再送人打印机进行自动打印。图1为该仪的总体设计框图。

　　2.硬件设计

　　(1)扭力传感器设计

　　扭矩传感器内部贴有4片电阻应变片构成一个电桥。扭矩有顺时针、逆时针二个方向，为了传感器分别受顺时针或逆时针同一扭矩值时，使电桥输出的模拟量值相等(在精度范围内近似相等)，因此将电阻应变片对称且平行于传感器轴线进行贴片。另外传感器内部有温度补偿、零位补偿等电阻，使输出更稳定。传感器内部电路图如图2所示。

　　R1一R4--电阻应变片

　　Rto一零点温度补偿电阻

　　Rz一零点补偿电阻

　　Ro一输出补偿电阻

　　Riee一瑜人补偿电阻

　　Rct一州专感器系数补偿电阻

　　Ui一传感器供桥电压

　　Uo一讨专感器输出电压

　　(2)扭矩信号放大电路设计

　　1)可调供桥电源

　　由于扭矩传感器中的供桥电压要求在3.5一4.5V范围内可调，用于改变扭矩传感器输出量的大小因此需要可调的供桥电源来调整扭矩模拟量的满度值。笔者按要求设计研制成的可调式供桥电源电路如图3所示。运算放大器A将由电位器Wc送来的基准电压U进行放大并送到三极管BG进行功率放大，最后将供桥电压Ui送往传感器。本电路具有调节范围宽、精度高、调试方便、输出电压稳定等特点。

　　U—2.5V基准电压

　　Wc一调满度用电位器

　　D—呆护用二极管

　　A一运算放大器

　　R₁~放大电阻

　　R₂—限流电阻

　　U₁—三极管SV输入电压

　　BG一三极管

　　Ui—可调的供桥电压

　　2)放大电路

　　扭矩传感器的输的输出信号为mV级，而A/D转换需要电压为V级，因此必须将扭矩信号进行放大。图4是根据以上要求而设计研制成为差动式放大电路。高增益高速运算放大器A将扭矩传感器输出电压U₀放大U_f=KU₀(式中K=R，/R₂)垢送往A/D转换器。C是为提高稳定度而增加的，电位器W3用于零位调节。

　　(3)峰值保持电路设计

　　本仪用单片机对Uf峰值进行数据采集，必须有相应的峰值保持电路，笔者根据实际需要设计了图5所示的峰值保持电路，方便地实现了同8098单片机连接。