JN338智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及其應(yīng)用
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摘 要：介紹了JN338智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的特性參數(shù)和工作原理,該傳感器使用兩組旋轉(zhuǎn)變壓器實現(xiàn)了電源及信號的非接觸傳遞，同時其信號輸出為頻率量。文中給出了基于JN338的智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖，同時指出了JN338的應(yīng)用注意事項。
關(guān)鍵詞：JN338；數(shù)字式；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器
１ 概述
轉(zhuǎn)矩傳感器在電動機、發(fā)動機、發(fā)電機、風(fēng)機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉(zhuǎn)動力測試系統(tǒng)中及數(shù)控機械加工中心、自動機床等機電一體化設(shè)備中已獲得廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來檢測轉(zhuǎn)矩信號，并采用導(dǎo)電滑環(huán)來耦合電源輸入及應(yīng)變信號輸出，由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時由于接觸不可靠，也不可避免地會引起測量信號的波動及誤差的增加。因此，如何在旋轉(zhuǎn)軸上進行能源及信號的可靠耦合已成為轉(zhuǎn)矩傳感器最棘手的問題，而ＪＮ３３８數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器則巧妙地解決了這個問題。
?。剩危常常甘潜本┤?chuàng)業(yè)集團公司的產(chǎn)品，該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中能源及信號可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。
２ 主要特性及參數(shù)
２．１ ＪＮ３３８的主要特性
?。剩危常常傅闹饕匦匀缦拢?/P>
●檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)；
●測量精度高信號檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)；
●抗干擾能力強，無需調(diào)零即可工作；
●可靠性高、信噪比高，工作壽命長；
●既可以測量靜止扭矩，也可測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；
●能夠測量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測量過渡過程的動態(tài)轉(zhuǎn)矩；
●無需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)矩；
●無集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長運行；
●轉(zhuǎn)矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)；
●測量彈性體強度大，可承受１５０％過載；
●體積小，重量輕，安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；
●輸出信號以頻率形式給出，便于和計算機進行接口。
２．２ 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)
傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如表１所列，表２所列是該傳感器產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)。
表1 JN338傳感器主要技術(shù)參數(shù)
|
參 數(shù) |
指 標 |
|
轉(zhuǎn)矩準確度 |
>0.5% |
|
過載能力 |
150%F.S |
|
絕緣電阻 |
≥200MΩ |
|
工作溫度 |
-20～60℃ |
|
重復(fù)性 |
≤0.5%F.S |
|
滯后 |
≤0.5%F.S |
|
線性 |
≤0.5%F.S |
|
相對濕度 |
≤90%RH |
表2 傳感器產(chǎn)品規(guī)格參考
|
規(guī) 格 |
轉(zhuǎn)矩測量范圍（N.m) |
最高轉(zhuǎn)速（Rpm) |
|
100 |
10～100 |
6000 |
|
200 |
20～300 |
5000 |
|
500 |
50～700 |
4000 |
|
1000 |
100～1500 |
3000 |
|
2000 |
200～3000 |
2500 |
|
5000 |
500～5000 |
2000 |
２．３ 插座引腳及功能
?。剩危常常皋D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用一只５腳的航空插座做電源輸入及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號輸出，插座外形及引腳排列如圖１所示。各引腳功能說明如下：
?。蹦_：接地端；
?。材_：＋１５Ｖ電源端；
?。衬_：－１５Ｖ電源端；
?。茨_：轉(zhuǎn)速信號輸出端；
５腳：轉(zhuǎn)矩信號輸出端。
３ 工作原理
３．１ 轉(zhuǎn)矩測量原理
該轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測敏感元件是電阻應(yīng)變橋。將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上以組成應(yīng)變電橋，只要向應(yīng)變電橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號，然后將該應(yīng)變信號放大，再經(jīng)過壓／頻轉(zhuǎn)換變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。傳感器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器承擔(dān)的，因此可實現(xiàn)能源及信號的無接觸傳遞。該應(yīng)變傳感器測量原理如圖２所示。
在一段特制的彈性軸上粘貼專用的測扭應(yīng)變片并組成電橋，以形成基礎(chǔ)扭矩傳感器，然后在軸上再固定能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的次級線圈、軸上印刷電路板和信號環(huán)旋轉(zhuǎn)變壓器的初級線圈。電路板上包含整流穩(wěn)壓電源、儀表放大電路及Ｖ／Ｆ變換電路。在傳感器的外殼上固定著激磁電路、能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的初級線圈、信號環(huán)形變壓器的次級線圈及信號處理電路。
傳感器電路部分在工作時，由外部電源向傳感器提供
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