传感器知识之扭矩传感器的原理 传感器是如何工作的

扭矩传感器自出现，在短短时间内已经应用于各个行业中，成为传感器家族中不可或缺的一个品种。

一、工作过程

　　向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±５V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.５v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。　　　

二、应用范围

　　1. 检测发电机，电动机 ，内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率。

　　2. 检测减速机，风机，泵，搅拌机，卷扬机，螺旋桨，钻探机械等设备的负载扭矩及输入功率。

　　3. 检测各种机械加工中心，自动机床的工作过程中的扭矩。

　　4. 各种旋转动力设备系统所传递的扭矩及效率；

　　5. 检测扭矩的同时可以检测转速，轴向力。

　　6. 可用于制造粘度计，电动(气动，液力)扭力扳手。

　　三、传感器原理结构

　　在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：

　　(1)能源环形变压器的次级线圈

　　(2)信号环形变压器初级线圈

　　(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。　　

　四、测量原理

　　将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环型变压器承担的,因此实现了无接触的能源及信号传递功能。　

五、特点

　　1.既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩;

　　2.既可以测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩;

　　3.检测精度高，稳定性好；抗干扰性强;

　　4.体积小，重量轻，多种安装结构，易于安装使用；

　　5.不需反复调零即可连续测量正反转扭矩; 

　　6.没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行；

　　7.传感器输出高电平频率信号可直接送计算机处理；

　　8.测量弹性体强度大可承受100%的过载。

风向风速传感器技术指标及特点

        风向、风速仪用于测量瞬时风速风向，具有自动显示功能。主要由支杆，风标，风杯，风速风向感应器组成，风标的指向即为来风方向，根据风杯的转速来计算出风速。

风速

　　测量范围：0~60m/s

　　精确度：±(0.3+0.03V)m/s

　　分辨率：0.1m/s

风向

　　测量范围：0~360°

　　精确度：±3°

　　分辨率：3°

　　2.抗风强度： 70m/s

　　3.起动风速： ≤0.5m/s

　　4.起动风向： ≤0.5m/s

　　5.2分钟、10分钟平均风向风速。

　　6.当日最大和极大风速风向及它所出现的时间。

　　7.工作电压： AC220x(1±10%)V 50Hz

　　或DC6V(交直流自动切换)

　　8.遥测距离： ≤100m(根据用户需求可订制)

　　9.输出接口： RS232C波特率9.6k。

　　风速的测试方法　风速测试有平均风速的测试和紊流成分（风的乱流1～150KHz、与变动不同）的测试。测试平均风速的方法有热式、超音波式、叶轮式、及皮

风向风速记录仪能够监测风速和风向两个参数，风向风速传感器是风向风速仪的核心部件，它可以感应风向和风速并及时测出风向和风速。

　　目前国内外风向风速传感器可以分为三类。第一类为螺旋桨式风向风速传感器;第二类为风速是三杯式、风向是单翼式的风向风速传感器;第三类为超声波风向风速传感器。螺旋桨式风传感器精度较差,动态性能一般;超声波风传感器目前应用还不太成熟。

　　风杯式风速传感器工作原理是:风速传感器的感应元件为三杯式回转架,信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下,风杯组旋转,通过主轴带动磁棒盘旋转,其上的36只磁体形成18个小磁场,风杯组每旋转1圈,在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号,其频率随风速的增大而线性增加。其校准方程为:V= 0.1F(V:风速,单位:m/s;F:脉冲频率,单位:Hz。)。

　　风向传感器的感应元件为风向标组件。角度变换为格雷码盘加光电电路。当风向标组件随风向旋转时,带动主轴及码盘一同旋转,每转动 2.8125°,位于光电器件支架上下两边的7位光电变换电路就输出1组新的7位并行格雷码,经整形电路整形并反相后输出。传感器具有动态特性好、线性好、精度高、灵敏度高(3°;0.1 m/s)、抗风强度高(≤70 m/s)、测量范围宽(0~60 m/s)、互换性好、工作可靠、抗雷电干扰能力强等多种优良性能。风杯由特种工程塑料注塑成型,风向标尾翼板用质量轻、强度高、刚性好且在高温高压条件下成型的非金属材料制造。具有重量轻,强度好、抗风能力强等特点。

超声传感器的使用原理

超声传感器内有一个频率变换器，当变换器元件振动时，这个频率变换器就会向一个方向发出听不见的高频声波。如果声波碰到物体并反射回来，变换器即可接到回波信号。传感器根据从发出超声波脉冲到返回回波信号之间的时间来确定与物体之间的距离。

例如，装在塑料熔体罐或塑料粒料室顶部的超声传感器向集装箱内部发出声波时，回波返回的时间长度即可表示该集装箱是否已满、空或半满。

有些超声传感器分别采用一个发射器和一个接收器变换器。这种双向模式超声传感器适用于需要进行制品边缘检测或希望有更快的响应时间，或在潮湿环境下使用的情况。

在检测透明物体、液体、任何表面（粗糙、光滑、光亮）的密致材料和不规则物体时，超声传感器应该是。但超声传感器不适用于室外、酷热环境或压力罐，也不能用于探测泡沫物体。

超声传感器在食品加工厂用于实现塑料包装检测的闭环控制系统

超声传感技术的创新

如今，超声传感器引入了几项创新技术，使其能够用于传统设备无法工作的领域：

·采用防护等级为 IP67 和 IP69K 的护盖，可在潮湿环境（如洗瓶机）下进行探测。
·内置温度补偿电路可补偿正常的塑料成型工厂倒班操作时可能遇到的剧烈温度变化。
·传感器表面的特制覆膜可防止有害化学物质的侵蚀。
·先进的滤波电路使超声传感器可不受工厂环境噪音的影响。
·新型变换器设计使其防损性能大大增强，并可在不洁环境中使用。

超声传感器在包装线上通过监控两个滚轴之间的张力来控制材料的传输速度

新用途

随着新技术的不断推出，原来一些不能使用超声传感器的领域，已开始更多地使用超声传感器。超声传感器可用于探测液位、探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离。其应用行业包括包装、制瓶、物料搬运、塑料加工以及汽车行业等。

超声传感器现已常规用于流程监控以提高产品质量、检测缺陷、确定有无以及其它方面。这些传感器还能减少由损坏部件产生的废品，以及由此引起的停工时间，从而提高生产率。目前，如何让各行各业认识到超声传感器在制造业的各个领域的应用潜力是我们面临的重大挑战，包括在质量控制、流程控制和检验等方面。

超声传感器用于检测储料室的粒子料位

应用过程的注意事项

范围和大小

要探测的物体大小直接影响超声传感器的检测范围。传感器必须探测到一定声级的声音才可以进行输出。大部件能将大部分声音反射给超声传感器，这样传感器即可在其最远传感距离检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声音，从而导致传感范围大大缩小。

要探测的物体

使用超声探测的理想物体应体积大、平整且密度高，并与变换器正面垂直。最难探测的物体是体积小且由吸音材料（如泡沫橡胶）制成的物体，或者与变换器呈一定角度的物体。

如果液面静止且与传感器表面垂直，探测液体就很容易。如果液面波动大，可延长传感器的响应时间，从而取波动变化的平均值以获得更一致的读数。但是，超声传感器还不能精确探测表面为泡沫状的液体，因为泡沫会使声音的传播方向发生偏离。

可以使用超声传感器的反向超声模式，探测形状不规则的物体。在反向超声模式下，超声传感器会探测一个平整背景，如墙壁。任何穿过传感器和墙壁之间的物体都会阻断声波。传感器即可通过探测该干扰来识别物体的存在。

振动

无论是传感器本身的振动还是附近机器的振动，都可能会影响测量距离时的精确度。可在安装传感器时用橡胶防振装置来减少这类问题。有时也可使用导轨来消除或降低部件振动。

衰减

传感器还设计了温度补偿功能，以调节环境温度的缓慢改变。但是，它不能调节温度梯度或环境温度的快速变化。

误测结果

附近的物体（如导轨或固定杆）可能会反射声波。要准确探测目标物体，必须降低或消除附近声音反射表面的影响。为了避免误测附近物体，许多超声传感器都装有LED指示灯，用于在安装时指示操作人员，以确保正确安装传感器并降低误测风险。

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