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扭矩傳感器工作原理：應(yīng)變片式與相位差式對(duì)比分析
扭矩傳感器通過(guò)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的物理變化實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量，主流技術(shù)包括應(yīng)變片式與相位差式，二者在原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)景上存在顯著差異。
應(yīng)變片式扭矩傳感器基于材料力學(xué)中的應(yīng)變-電阻效應(yīng)。其核心元件為彈性軸與應(yīng)變片：當(dāng)扭矩作用時(shí)，彈性軸表面產(chǎn)生微小剪切應(yīng)變，沿軸線45°方向粘貼的應(yīng)變片隨之發(fā)生形變，導(dǎo)致其電阻值變化。四個(gè)應(yīng)變片組成全橋式惠斯通電橋，扭矩引起的電阻變化使電橋輸出不平衡電壓，該電壓與扭矩成正比。例如，滿量程下，彈性軸的扭轉(zhuǎn)角通常為0.1°-1°，對(duì)應(yīng)輸出電壓可達(dá)數(shù)十毫伏。此技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于精度高（可達(dá)±0.1%FS）、響應(yīng)快（毫秒級(jí)），且適用于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試、工業(yè)擰緊設(shè)備等領(lǐng)域。
相位差式扭矩傳感器則利用扭轉(zhuǎn)角與相位差的線性關(guān)系。其結(jié)構(gòu)在彈性軸兩端安裝齒數(shù)相同的齒輪盤(pán)或磁鋼，當(dāng)軸受扭時(shí)，兩端齒輪因扭轉(zhuǎn)形變產(chǎn)生相對(duì)角度偏移（扭角）。磁電或光電傳感器檢測(cè)兩端的周期性信號(hào)（如脈沖），無(wú)扭矩時(shí)信號(hào)同相位，有扭矩時(shí)則出現(xiàn)與扭角成正比的相位差。例如，汽車(chē)傳動(dòng)軸測(cè)試中，相位差測(cè)量精度可達(dá)0.1°以內(nèi)，結(jié)合標(biāo)定系數(shù)即可換算為扭矩值。該技術(shù)特點(diǎn)為非接觸式測(cè)量、無(wú)摩擦干擾，適合高速旋轉(zhuǎn)軸（轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rpm以上），但低轉(zhuǎn)速時(shí)相位差信號(hào)較弱，需優(yōu)化信號(hào)處理算法。
對(duì)比總結(jié)：應(yīng)變片式以高精度、強(qiáng)適應(yīng)性見(jiàn)長(zhǎng)，但需直接接觸測(cè)量軸，可能受溫度漂移影響；相位差式實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，適合高速場(chǎng)景，但對(duì)齒輪加工精度與安裝同軸度要求較高。實(shí)際應(yīng)用中，汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)傾向選擇相位差式以減少機(jī)械干擾，而材料試驗(yàn)機(jī)等靜態(tài)測(cè)試場(chǎng)景則優(yōu)先采用應(yīng)變片式以保障測(cè)量穩(wěn)定性。
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