扭矩传感器在电路中的应用原理是怎样？

扭力传感器，又称扭矩传感器、力矩传感器、转矩传感器、扭矩仪。扭力传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。通常所说的转矩是外力矩，如机床主轴旋转是动力源提供的外力矩作用的结果，而扭矩是内力矩，主轴工作时，刀具切削力对主轴的反作用使之产生扭转弹性变形，可用其衡量扭矩的大小。扭矩是使物体发生转动效应或扭转变形的力矩，等于力和力臂的乘积。

扭矩是在旋转动力系统中最频繁涉及到的参数，为了检测旋转扭矩，使用较多的是扭转角相位差式传感器。扭转角相位差式传感器是在弹性轴的两端安装着两组齿数、形状及安装角度完全相同的齿轮，在齿轮的外侧各安装着一只接近(磁或光)传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就可以测量出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以计算出弹性轴所承受的扭矩量。

电位计式扭矩传感器原理

电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。

扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂直移动。当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度，滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化，电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。

扭杆式扭矩传感器在早期应用比较多，但由于是接触式的，工作时产生的摩擦使其易磨损，影响其精度，将会被逐步淘汰。

金属电阻应变片的扭矩传感器原理

传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。

传感器由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。弹性轴是敏感元件，在45度和135度的方向上产生最大压应力和拉应力，这个时候承受的主应力和剪应力相等。

测量电桥可以采用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥，其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。

放大电路采用仪器用放大电路，它由专用仪器用放大电路构成，也有三只单运放电路组合而成，为了使一起具有高精度，必须使灵敏度系数为常数。

非接触式扭矩传感器原理

输入轴和输出轴由扭杆连接起来，输入轴上有花键，输出轴上有键槽。当扭杆受方向盘的转动力矩作用发生扭转时，输入轴上的花键和输出轴上键槽之间的相对位置就被改变了。花键和键槽的相对位移改变量等于扭转杆的扭转量，使得花键上的磁感强度改变，磁感强度的变化，通过线圈转化为电压信号。信号的高频部分由检测电路滤波，仅有扭矩信号部分被放大。非接触扭矩传感器由于采用的是非接触的工作方式，因而寿命长、可靠性高，不易受到磨损、有更小的延时、受轴的偏转和轴向偏移的影响更小，现已成为广泛应用的主流产品。

光纤式扭矩传感器主要是利用光反射原理和相位差原理，将轴上相应的两处位置反射的光信号读取后并计算出相位差，由此能算出相应的扭矩值。但是光纤式传感器易受环境影响，安装调试也相对较困难。

光电式扭矩传感器以光电感应元件为核心部件。当传动轴上加载扭矩时，由光源发出的光的强度会发生相应变化，从而使光电元件的输出电流发生变化。通过测量该变化值即可计算出扭矩值。

扭矩传感器是一种测量各种扭矩、转速及机械功率的精密测量仪器。应用范围十分广泛，主要用于：交(直)流电动机、伺服电机、步进电机;汽车发动机、柴油机、转向器、车身整体刚性扭转以及其他部件加工过程的控制和检测;电(手)动执行器，各种阀门自动开闭控制。石油开采和提炼过程控制和监测、火(水)力发电设备的监测、矿石筛选控制，风力发电设备的监测。各种材料扭矩寿命试验。铁路机械设备过程控制等等