專利名稱：扭矩傳感器及測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，尤其是涉及一種扭矩傳感器及測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油開采、電動機、鐵路機械設(shè)備等領(lǐng)域有許多需要連續(xù)運轉(zhuǎn)的重要 設(shè)備，為了獲得這些機械設(shè)備的扭矩和功率等參數(shù)，人們采用扭矩傳感器對 機械設(shè)備的轉(zhuǎn)軸扭矩進(jìn)行在線檢測，隨時掌握機械設(shè)備的性能和工作狀況， 對機械設(shè)備的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行動態(tài)檢測和管理，以便實時調(diào)控。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩傳感器的兩端有軸伸，而且軸伸比較長，約占
到總長的1/2-1/3,在軸伸上安裝有聯(lián)軸器，所以整個扭矩傳感器體積和重量 都比較大，在制造時不僅要耗費更多的材料，而且在很多場合因為沒有足夠 大的空間而無法安裝，無法實現(xiàn)對某些機械設(shè)備的實時檢測?，F(xiàn)有技術(shù)中的 扭矩傳感器的殼體是通過軸承來支撐和連接扭矩傳感器的，由于軸承的使用 對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速范圍有一定的限制，所以也就限制了扭矩傳感器測量的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 速的范圍。在使用現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩傳感器時，扭矩傳感器的轉(zhuǎn)軸和待測的 動力設(shè)備或負(fù)載的轉(zhuǎn)軸的中心必須一致，安裝精度必須在0. 02mm以內(nèi)，而待 測的動力設(shè)備或負(fù)載的振動很容易就將扭矩傳感器與待測的動力設(shè)備和負(fù)載 之間的相對位置發(fā)生一定偏離，使三者轉(zhuǎn)軸的中心位置不在一條直線上，由 此產(chǎn)生的彎矩和附加力會影響扭矩傳感器的測量準(zhǔn)確度，并使扭矩傳感器與 待測的動力設(shè)備或負(fù)載的轉(zhuǎn)軸、軸承等構(gòu)件受到磨損，減少了扭矩傳感器與 待測的動力設(shè)備或負(fù)載的使用壽命。而且現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩傳感器，安裝和 調(diào)試的工序比較復(fù)雜，需要有一定安裝和調(diào)試經(jīng)驗的專門技術(shù)人員才能夠完
成，安裝和調(diào)試所需要的時間也比較長，因此待測的動力設(shè)備或負(fù)載停用的 時間也就比較長，因此安裝和調(diào)試扭矩傳感器的成本比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種扭矩傳感器，具有軸向距離短、體積小、安裝 方便、成本低等優(yōu)點。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種扭矩傳感器，包括法蘭軸和應(yīng)力傳 感器，其中，所述法蘭軸兩端面設(shè)置為法蘭盤，所述應(yīng)力傳感器安裝在法蘭
軸上，由電橋和信號處理電路構(gòu)成。
本發(fā)明扭矩傳感器還包括聯(lián)軸器，所述法蘭軸通過所述固接螺栓與所
述聯(lián)軸器固定連接，所述固接螺栓設(shè)置在所述法蘭軸兩端的法蘭盤上；電源 耦合變壓器和信號耦合傳輸裝置，穿設(shè)在法蘭軸的周圍；測速輪，所述測速 輪由帶柵槽的齒盤和發(fā)光晶體管構(gòu)成，所述帶柵槽的齒盤固定安裝在法蘭軸 上，所述發(fā)光晶體管安裝在所述柵槽的齒盤側(cè)面；底座，設(shè)置在所述法蘭軸 的下方，所述底座上設(shè)置有調(diào)高螺栓，用于調(diào)節(jié)法蘭軸的位置。
本發(fā)明還提供了 一種扭矩傳感器的測量系統(tǒng)，包括順序固定連接的負(fù)載、 扭矩傳感器和動力設(shè)備，所述扭矩傳感器上的聯(lián)軸器固定連接動力設(shè)備的轉(zhuǎn) 軸和負(fù)載的轉(zhuǎn)軸，其中，所述扭矩傳感器兩端面設(shè)置為法蘭盤，所述應(yīng)力傳 感器安裝在法蘭軸上，由電橋和信號處理電路構(gòu)成。
本發(fā)明提供了 一種扭矩傳感器及測量系統(tǒng)，通過在扭矩傳感器的端面上 設(shè)置法蘭盤， 一方面縮短了軸向方向的距離尺寸，提高了軸向穩(wěn)定性，適 用于特殊尺寸的工況條件，而且由于避免了使用軸承，更適用于高速和超 高速的場合，具有了精度高、壽命長等優(yōu)點，另一方面，扭矩傳感器安裝的 工序比較簡單、便于操作，能快速固定連接到待測的動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸和負(fù)載 的轉(zhuǎn)軸上，縮短了安裝時間，降低了安裝成本。


圖1為本發(fā)明扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)主示意圖； 圖2為本發(fā)明扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖； 圖3為本發(fā)明扭矩傳感器的測量系統(tǒng)具體實施例的工作示意圖。 附圖標(biāo)記
l-法蘭軸； 2-應(yīng)力傳感器； 3-測速輪；
4-殼體； 5-固接螺栓； 6-底座；
7-調(diào)高螺栓； 8-聯(lián)軸器； 9-電源耦合變壓器
IO-信號耦合傳輸裝置；l卜動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸；12-負(fù)載的轉(zhuǎn)軸。
具體實施例方式
下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 扭矩傳感器實施例
圖1為本發(fā)明扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)主示意圖，圖2為本發(fā)明扭矩傳感器的 結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。如圖1、圖2所示，本發(fā)明扭矩傳感器包括法蘭軸1、應(yīng)力 傳感器2，其中，法蘭軸1兩端面設(shè)置為法蘭盤，用于固定連接動力設(shè)備的轉(zhuǎn) 軸11和所述負(fù)載的轉(zhuǎn)軸12，應(yīng)力傳感器2安裝在法蘭軸1上，包括由應(yīng)力電 阻片連接成的電橋和信號處理電路。
本發(fā)明扭矩傳感器還包括聯(lián)軸器8,固接螺栓5設(shè)置在法蘭軸1兩端面 的法蘭盤上，法蘭軸1通過固接螺栓5與聯(lián)軸器8的固定連接，法蘭軸l通 過聯(lián)軸器8固定連接動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸11或負(fù)載的轉(zhuǎn)軸12;環(huán)狀的電源耦合 變壓器9和環(huán)狀的信號耦合傳輸裝置10穿設(shè)在法蘭軸1的周圍，還可以在 法蘭軸1的周圍穿設(shè)殼體4,用于固定安裝環(huán)狀的電源耦合變壓器9和信號 耦合傳輸裝置IO,其中，電源耦合變壓器9為應(yīng)力傳感器內(nèi)部信號處理電 路提供電源，信號耦合傳輸裝置10可以為信號耦合變壓器，也可以為光耦 合信號傳輸裝置，用于實現(xiàn)扭矩測量信號的無接觸傳遞輸出；測速輪3由帶
柵槽的齒盤、發(fā)光晶體管構(gòu)成，用于測量法蘭軸1的轉(zhuǎn)速，發(fā)光晶體管安裝 在法蘭軸1上帶對冊槽的齒盤側(cè)面，用于發(fā)射紅外光，齒盤上的對冊槽等距離均
勻分布設(shè)置在齒盤的周邊；底座6，底座6上設(shè)置有調(diào)高螺栓7，用于調(diào)節(jié)扭 矩傳感器的位置。
扭矩傳感器的測量系統(tǒng)的具體實施例一
圖3為本發(fā)明扭矩傳感器的測量系統(tǒng)具體實施例的工作示意圖。如圖3 所示，將扭矩傳感器通過聯(lián)軸器8分別與動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸11、負(fù)載的轉(zhuǎn)軸12 固定連接，并利用固接螺栓5將法蘭軸1和聯(lián)軸器8可靠固定連接，扭矩傳 感器、動力設(shè)備和負(fù)載固定連接好以后，法蘭軸l、動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸ll和負(fù) 載的轉(zhuǎn)軸12三者的中心會在同一直線上，調(diào)節(jié)扭矩傳感器的底座6上的調(diào)高 螺栓7，使穿設(shè)在扭矩傳感器周圍的殼體4與法蘭軸1之間的間隙大致均勻， 相差不超過0. 5毫米即可。
本發(fā)明扭矩傳感器利用法蘭軸兩端的法蘭盤將法蘭軸與動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸 或負(fù)載的轉(zhuǎn)軸可靠固定，不需要殼體通過軸承來支撐法蘭軸， 一方面，既避 免了軸承對轉(zhuǎn)速的限制，擴大了本發(fā)明扭矩傳感器測量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的范圍，又 避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于法蘭軸與殼體之間安裝精度不夠而造成的彎矩和附加 力，提高了本發(fā)明扭矩傳感器的測量準(zhǔn)確度，另一方面也避免了法蘭軸、軸 承與殼體之間的磨損，延長了扭矩傳感器的使用壽命。
本發(fā)明扭矩傳感器的測量系統(tǒng)測量扭矩和轉(zhuǎn)速的具體工作過程為動力 設(shè)備開啟后，帶動負(fù)載和扭矩傳感器一起旋轉(zhuǎn)，扭矩傳感器上旋轉(zhuǎn)的法蘭軸l 會在轉(zhuǎn)動力作用下發(fā)生形變，粘貼在法蘭軸1上的電阻應(yīng)變片也隨著法蘭軸1 發(fā)生形變，電阻應(yīng)變片的形變會使其自身電阻值發(fā)生變化，由電阻應(yīng)變片連 接成的電橋的電阻也隨之改變，由于法蘭軸1的扭矩與其形變量是一一對應(yīng) 的，而且電橋輸出的電壓信號與法蘭軸1的形變量是成比例變化的，電橋輸 出的電壓信號被傳輸?shù)叫盘柼幚黼娐泛?，信號處理電路對電壓信號進(jìn)行處理， 轉(zhuǎn)換為可以測量的電壓頻率信號，該電壓頻率信號通過電壓耦合變壓器進(jìn)行
耦合處理后，可以直接輸出到用戶的固定接收裝置，實現(xiàn)扭矩測量信號的無
接觸信號傳輸，最終得到法蘭軸1的扭矩數(shù)值；法蘭軸l上的發(fā)光晶體管， 安裝在等距離均勻分布柵槽的齒盤側(cè)面，另一面相對應(yīng)的位置安裝有光接 收管，用于接收發(fā)光晶體管發(fā)出的紅外線光，在法蘭軸l旋轉(zhuǎn)的過程中，發(fā) 光晶體管持續(xù)發(fā)出的紅外線光柱，由于柵槽的阻隔，光接收管將接收到具有 一定周期的光信號，光接收管對接收到的光信號進(jìn)行耦合，并通過信號輸出 線輸出具有一定周期的脈沖式電壓信號，法蘭軸1的轉(zhuǎn)速與脈沖式電壓的周 期是成一定比例關(guān)系的，因此根據(jù)脈沖式電壓的頻率可以計算出法蘭軸1的 轉(zhuǎn)速。
扭矩傳感器的測量系統(tǒng)的實施例二
扭矩傳感器的測量系統(tǒng)的實施例 一 中的信號耦合變壓器可用光耦合信號 傳輸裝置來代替，同樣也可以實現(xiàn)扭矩測量信號的無接觸傳遞輸出，具體工 作過程是電橋輸出的電壓信號經(jīng)過信號處理電路處理后，轉(zhuǎn)換為可以測量 的電壓頻率信號，該電壓頻率信號會被傳輸?shù)焦怦詈闲盘杺鬏斞b置進(jìn)行耦合， 轉(zhuǎn)換為可以測量的光頻率信號，該光頻率信號可以直接輸出到用戶的固定接 收裝置，實現(xiàn)扭矩測量信號的無接觸信號傳輸，最終得到法蘭軸1的扭矩數(shù) 值。
綜上所述，本發(fā)明扭矩傳感器通過將法蘭軸兩端面設(shè)置為法蘭盤，縮短 了軸向方向的距離尺寸，體積縮小了的扭矩傳感器能安裝在更小的空間里， 而且由于避免了使用軸承，使法蘭軸和動力設(shè)備同步旋轉(zhuǎn)，更適用于高速和 超高速的場合，擴大了使用范圍；另一方面，扭矩傳感器的安裝工序更加簡 單，便于掌握，節(jié)省了安裝的時間和成本。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種扭矩傳感器，包括法蘭軸和應(yīng)力傳感器，其特征在于:所述法蘭軸兩端面設(shè)置為法蘭盤，所述應(yīng)力傳感器安裝在法蘭軸上，由電橋和信號處理電路構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括聯(lián)軸器，所 述法蘭軸通過固接螺栓與所述聯(lián)軸器固定連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括電源 耦合變壓器和信號耦合傳輸裝置，穿設(shè)在法蘭軸的周圍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括測速輪， 所述測速輪由帶柵槽的齒盤和發(fā)光晶體管構(gòu)成，帶柵槽的齒盤固定安裝在法 蘭軸上，所述發(fā)光晶體管安裝在所述柵槽的齒盤側(cè)面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括底座， 設(shè)置在所述法蘭軸的下方，所^M:上設(shè)置有調(diào)高螺栓，用于調(diào)節(jié)法蘭軸的位置。
6、 一種采用權(quán)利要求1-5任一所述的扭矩傳感器的測量系統(tǒng)，包括順序 連接的負(fù)載、扭矩傳感器和動力設(shè)備，所述扭矩傳感器上的聯(lián)軸器固定連接 動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸和負(fù)載的轉(zhuǎn)軸，其特征在于所述扭矩傳感器兩端面設(shè)置為 法蘭盤，所述應(yīng)力傳感器安裝在法蘭軸上，由電橋和信號處理電路構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的扭矩傳感器的測量系統(tǒng)，其特征在于還包括 聯(lián)軸器，所述法蘭軸通過固接螺栓與所述聯(lián)軸器固定連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括電源 耦合變壓器和信號耦合傳輸裝置，穿設(shè)在法蘭軸的周圍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括測速輪， 所述測速輪由帶柵槽的齒盤和發(fā)光晶體管構(gòu)成，所述帶柵槽的齒盤固定安裝 在法蘭軸上，所述發(fā)光晶體管安裝在所述柵槽的齒盤側(cè)面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6-9所述的扭矩傳感器，其特征在于還包括底座， 設(shè)置在所述法蘭軸的下方，所ii^t上設(shè)置有調(diào)高螺栓，用于調(diào)節(jié)法蘭軸的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扭矩傳感器，包括法蘭軸和應(yīng)力傳感器，其中，所述法蘭軸兩端面設(shè)置為法蘭盤，用于固定連接動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸或負(fù)載的轉(zhuǎn)軸，本發(fā)明還涉及一種上述扭矩傳感器的測量系統(tǒng)，包括順序連接的負(fù)載、扭矩傳感器和動力設(shè)備，所述扭矩傳感器上的聯(lián)軸器固定連接住動力設(shè)備的轉(zhuǎn)軸和負(fù)載的轉(zhuǎn)軸。通過在扭矩傳感器的端面上設(shè)置法蘭盤，一方面縮短了軸向方向的距離尺寸，提高了軸向穩(wěn)定性，適用于特殊尺寸的工況條件，而且由于避免了使用軸承，更適用于高速和超高速的場合，應(yīng)用面更廣，另一方面，安裝工序比較簡單、便于操作。
文檔編號G01L3/10GK101382461SQ20081011884
公開日2009年3月11日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者力 張, 王俊卿 申請人:北京新宇航世紀(jì)科技有限公司;張 力