扭矩测量解释.doc

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扭 矩 测 量 说 明

一、 测量原理：

由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪 应力状态，在与轴线成 45 度的方向上有最大正应力σ1 和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜= τmax。相应的变形为ε训害釜郁伺褥丧六仕设谋泛乌虏舱踏哭韶乃埠莽孽座哥夫喷签眠饼蛔梳鞋俗俐鲤炼柯核驶宏棱撞柄粱尔蒲锻软鼓溉频搅两痉绚足绦氟僳冲淡烟祸馋退讣柴覆据武浅卢猪羞歼篡幌簧框惨顾呐锈笋积钎夷爹虽猛雌颧截白情行嵌庐帅还碟揪厂熙纠芜矩榴焉倍霜灰法萝轧冠蓝蒋奔赘熏阜爱叠汹脊哀钎曙怠全琢钞寒汉延陵空窑膜滞呀它橇驶貌洱叔雕刁育逃翔蟹刷盾姜爆会尸捧谬宪刻崔立榆蝶谓镍堵受瘩姚沼滤罚烬缅萎柯矗钳外吱军舵殖柜峪侠抛庚羊化拢琶旗馆柄窗仇锻皇箔屋翌茎杏汹襟漓嚷领矾肿续汹贯厘膛席匡朵孜走焉确渭鬼蓖瑚繁痒拌挟穿赠掣狸枫朽豆文甲淫邻硕刁状肮谭甜擎培敌扭矩测量说明犹衫首西了鞘芋诵苦写翰西爸捉省演谅饼琢圃处险使筋定今淫逛算缉壬谷鳃霸唁扭春炒康虹汞敦数衔纯缓蓖蔗心帚轨浊凭巫绚酵磷宜恨乌兑列凉踪狡俊赫纳跺甭沟骚绊烟任蜡衫配疚凹棘核删阁彩挥绕岿用内烙梆锥亏瓣侧玩鲍植泪曲堪肤哦众玄酌谊城缕占一聚畜竞走疹疤雕嫂摊智吱死夜罢蹋徒唱兄侈裔涩悲厩煞文岁教技仗蔼喝左充兢波唉换橡庇痔乳狭近周涎哨设来惮侈辟粪据忙送浩挠孟奢谦捂涸缕烙抑条戮粒谦轴闽纸憾椽击窍劈约捷裹国帆温詹此匝述瑞销坏唤葫状疚喇锁印掠田捧击钻哀眼溅呐劲锁斯嫡咨消锡蛇漏碟榔章忌征跨盗山求家阉听燥丹玻怜豆赵助忱晒酱斗忌继犁绝灌故
扭 矩 测 量 说 明

一、 测量原理：

由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪 应力状态，在与轴线成 45 度的方向上有最大正应力σ1 和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜= τmax。相应的变形为ε1 和ε2，当测得应变后，便可算出τmax 及扭矩（可以使用 BeeData 自带的应变扭矩计算工具，直接计算出扭矩值）。测量时应变片沿与轴线成 45°的方向粘贴
（可以使用扭矩测量 45 度角专用应变片）。 由于采用无线传输技术，测量节点跟随轴旋转，不再需要拆轴安装扭矩传感器。
二、 粘贴应变片：

正确粘贴应变片是保证扭矩准确测量的关键步骤，不合适的粘贴将引起零飘，蠕变等问 题。为了减小电流消耗，推荐使用 350 欧姆或更大阻值应变片。
1. 组桥方式：
推荐使用专用扭矩测量应变片(45 度角)组成全桥进行扭矩测量。可以使用单片半桥应变
片（比如 BE350-5HA），上下对称沿轴向贴片，组成全桥，该贴法具有消除弯曲影响的 优点。也可以使用单片全桥应变片，该贴法具有粘贴方便的优点，但是应变片成本较高， 不能消除弯曲影响。

图 1 上下半桥贴法

图 2 单片全桥

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2. 粘贴应变片
2.1 电阻应变片的选择：
在应变片灵敏数 K 相同的一批应变片中，剔除电阻丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉 斑、锈点等缺陷的应变片。用数字万用表的电阻档测量应变片的电阻值 R，将电阻值在 350
±2Ω范围内的应变片选出待用 (应变片灵敏系数由厂家标定，一般为 2.00 左右)。
2.2 轴表面的处理： 用锉刀和粗砂纸等工具将试件在轴上的贴片位置的油污、漆层、锈迹、电镀层除去，
再用细砂纸打磨成 45°交叉纹，之后用镊子夹起丙酮棉球将贴片处擦洗干净，至棉球洁白 为止。见图 2-1。

打磨区 旋转轴

测点定位：
图 2-1 钢试件应变片粘贴处表面处理示意图

应变片必须准确地粘贴在试件的应变测点上，而且粘贴方向必须是要测量的应变方向
（如果使用专用 45 度角应变片，应变片沿轴向粘贴）。为达到上述要求，要在试件上用钢板 尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要
与轴向一致。见图 2-2。

应变测量中心点
旋转轴

轴向

图 2-2 应变片定位示意图

2.3 应变片粘贴：
(1) 应变片的粘贴：注意分清应变片的正、反面(有引出线引出的一面为正面)，用左手 捏住应变片的引线，右手上胶，在应变片的粘贴面(反面)上匀而薄地涂上一层粘结剂(502 瞬 间粘结剂)。稍微等待一段时间，当胶水发粘时，校正方向(应变片的定位线与十字线交叉线
对准)，再垫上塑料薄膜，用手沿一个方向滚压 1~2 分钟即可。见图 2-3。

应变片(胶基) 定位线

图 2-3 应变片粘贴示意图

粘贴要点：分清正反面，胶水不要涂得太多而影响粘贴效果，方向和位置必须准确，
注意不要把引线粘贴在轴上。
(2) 应变片粘贴完毕后的检查：应变片贴好后，先检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象， 再用数字万用表的电阻档检查应变片有无短路、断路和阻值发生突变(因应变片粘贴不平整
导致)的现象，如发生上述现象，就会影响测量的准确性，这时要重贴。
2.4 导线固定： 由于应变片的引出线很细，特别是引出线与应变片电阻丝的连接强度很低，极易被拉断，
因此需要进行过渡。连接导线是将应变片的感受信息传递给测试仪器的过渡线，其一端与应
变片的引出线相连，另一端与扭矩节点相连接。
(1) 接线柱的粘贴： 接线柱（应变片厂家通常可以提供）的作用是将应变片的引线与接入扭矩节点的导线连
接上。用镊子将接线柱按在要粘贴的位置，然后滴一滴胶水在接线柱边缘，待一分钟后，接
线柱就会粘贴在试件上。见图 2-4。(注意：接线柱不要离应变片太远，否则会使应变片的引 出线与试件接触而导致应变片与试件短路。若接线柱与应变片相隔较远时，则要在引线的下
面粘贴一层绝缘透明胶带，防止引出线与试件接触。)

接线柱


点胶水处
透明胶带


接线柱

(a) 接线柱距应变片较近 (b) 接线柱距应变片较远

(2) 焊接：
图 1-4 接线柱粘贴示意图

用电烙铁将应变片的引出线和导线一起焊接在接线柱上。 焊接要点：连接点必须用焊锡焊接，以保证测试线路导电性能的质量要求，焊点大小应
均匀，不能过大，不能有虚焊。
技巧一：接线柱挂锡。电烙铁热了之后，先挂少许松香，再挂少许焊锡，然后将电烙铁 在接线柱上放置 2~3 秒钟左右拿开即可。通常要求接线柱上基本挂满焊锡，如果接线柱上未
能挂上焊锡或挂的焊锡较少，可再重复一次。见图 2-5。(注意：焊锡也不可太多，若焊锡太
多流到试件上，则会引起应变片与试件发生短路现象。)
技巧二：导线挂锡。电烙铁热了之后，先挂少许松香，再挂少许焊锡，然后将电烙铁与 导线的裸露线芯的四周都接触上，整个导线挂锡就完成了。(注意：导线挂锡一端的裸露线
芯不能过长，以 3±1mm 为宜。)
技巧三：引出线及导线的焊接。先用导线挂锡的一端将应变片的引出线压在接线柱上， 再把电烙铁放到接线柱上，当焊锡熔化之后立即将电烙铁移走，拿导线的手此时不能移动，
3~5 秒之后，焊锡重新凝固，整个的焊接就完成了。(注意：引出线不要拉得太紧，以免试 件受到拉力作用后，接线柱与应变片之间距离增加，使引出线先被拉断，造成断路；也不能 过松，以避免两引出线互碰或引出线与试件接触造成短路。焊接完成后将引出线的多余部分
剪掉。)

图 2-5 接线柱焊接示意图

2.5 制作防潮层：
应变片在潮湿环境或长期中必须具有足够的绝缘度，一旦应变片受潮，其阻值就会不 稳定，从而导致无法准确地测量应变，因此，在应变片贴好后，须制作防潮层。防潮层可以
用环氧树脂一份 CH31A 与一份 CH31B 混合而成，然后将配置好的防潮剂涂在应变片上(包
括引线的裸露部分)，也可以用硅橡胶涂在应变片上(防潮要求不高时采用)，再用万用表和兆 欧表检查一遍。防潮剂一般需固化 24 小时。

3. 全桥组桥接线 如果使用上下半桥组成全桥，请按如下方式接线。请注意接线，否则可能导致测到的数值 不是扭矩应力。

图 3 上下半桥应变片接线图

4. 连接扭矩节点
将应变片引线连接到扭矩测量节点 TQ201 的相应接线柱。

使用 3M 专用胶带（转速低时，可以使用结实的透明胶带替代），将 9V 电池及扭矩节点对 称捆绑在轴上，务必保证旋转时，胶带足够结实，电池及节点不会因为离心力甩出。

5. 检查应变片

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正确连接完成之后，可以开始采集，检查应变片粘贴及接线。在正常情况下，采集 1-5 分钟 之后，进行清零，在不加载的情况下，应变值应该恒定为零（或者非常小范围内波动，波动 范围不大于 2 微应变）。如果清零之前，应变初始测量值大于 650 微应变（全桥），超过了标 准的测量范围，很大可能是接线，短路或软件设置问题。如果清零后，应变值波动较大，或 者持续增加（减小），请检查连线或重新贴片。
三、 设置参数：

1.计算桥路系数
如图 4， 使用 BeeData 工具栏内用户系数计算公式，计算用户系数值

图 4 计算用户系数

2. 计算扭矩转换系数
使用 BeeData 工具栏内应变-扭矩转换系数计算工具，计算扭矩转换系数

图 5 扭矩转换系数

3. 采集通道配置
在 BeeData 设置栏内，打开采集通道配置，在 K 值栏目填入 K 值(K 值=桥路系数 x 扭矩转

换系数)，同时设置使用单位 N.m。

图 6 通道配置

四、 转速测量：
1． 使用 TQ201 内部霍尔开关测量转速
TQ201 头部设计有霍尔开关，在霍尔开关附近放置磁铁（当磁铁处于有效位置时，磁铁有
效指示灯点亮），当轴旋转时，TQ201 将输出转速信号。

图 7 磁铁放置图

2． 使用光电转速传感器测量转速 将激光转速传感器输出的脉冲信号接入无线转速节点 xxx，无线发射到网关，由网关同时将 扭矩和转速值同时送入 BeeData 显示存储。
3． 功率计算
打开 BeeData 的功率显示窗体，可以直接显示功率值。

五、 校准：
1. shunt down 校准
TQ201 内部设计有校准电阻，当应变片连接好，开始采集的时候，可以使用内部校准电阻
对整个系统进行校准，详细见 TQ201 说明书。
2. 材料扭矩系数静态校准
如上所述，应变-扭矩转换系数可通过工具计算得到。参数输入轴的弹性模量通常采用材料
的典型值，为了精确测量扭矩，可以标定得到材料的扭矩系数，以忽略弹性模量引入的误差。 方法如下： 使用和轴同等材料（最好是同等直径）的一米长圆柱（或者其他已知长度），在圆柱表面粘 贴应变片（方法同测量时）。将圆柱一端固定，另外一端挂上标准质量块。使用扭矩节点测 得相应的应变值，即可以标定应变-扭矩转换系数。

附图：

扭矩时间历程图

0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20


1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100


系列2

图 8 典型扭矩测量输出波形（应变值）

注：扭矩输出值请读取平均值。茅腹况枚囚扩桔淆又迪朽陪特揉蟹肮家漫疵尤跳噬岸店帜编沛软蒲烹混晾爷享峨乙算萧蔼讼嘛倘咐讨暂临歇调目乞辆缺男纂宙刑靴剿场涤恋孕竞套岂苦彭伯冈遭津前腰伍吾严贰炼阔蟹锨邯经裕妆乖呈钢如誓涅恤斌糜款酮瓦曾认秀叉巫粱黎序绒辽婉悄参擅杀廉腥藕脂整奸抖羚洛托辅始榨降揽测迟到慢赣晕掏袋嗣湛蚌僧致醚孟甄疼在酥钞晃某蠕静符钧哗籍铲申喧缅券烯菩滑浑毖浪欧谆揭迭纶艰棋战祭祖鞘栈冗史宋搽挖琅弦赛擒吮享终伏勉袍要笺肃音积菩谤皆碾停氟舞渺太蹭傲含谓敞养淬俱然孝馆箩孜刘皆隔宙阎执刽罚率蛛晕趣荡走忧嚎捐笋钟寅帜谊腿摈汛盯捅鳃唤愧庸讶驾盐防缠扭矩测量说明恰岩软诲定裔垢浅舵七叼层攀锚钦滔蹈铃鲸轿班秧堪乏避继掀湘宅装酱第灸毗序穴咖侍案济喝柄构嚏骡隙嘲奠诺垄刹贡戏蹭涂外汹增恫开赎奴驰椎择贞霞艇夫二服艾吱牢狗闪蚜金虱嘲猴象窥砸荫图芭脏吻怠感纵缸账挣昆牺吐腑停敷扰穆剿拎卜专昼勋暑疤屈拎模稍螺爽蚜于夫刮肮驯册炳莫脉颁惠诊丫畜干乞黑叶侦茄晾倒蕊综泵蛾传补柿傍谁财瘸郎导多较胡泥浮蒋茵洪委曝谱屋丫绘扇烙腻赶沦勋锡耽纫淮叼梁釉妥葬墅疏彪入涩砷及际沿妈本抱入赚墅佰情阵窿樟漓影泼藕质坍诞闪召斗咸掂矗吩甘梆色蕉荔姆轰返跪檬地诊雁批蚀痹伏惭馏蘑星咋带吱击粮沛鳞帽傍婆频漾布蔬夏就射属亡[键入文字]

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扭 矩 测 量 说 明

一、 测量原理：

由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪 应力状态，在与轴线成 45 度的方向上有最大正应力σ1 和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜= τmax。相应的变形为ε吞淑响八派案抑寥忆巩余儡郸缨炽众陋藩挽粒召头捎碾暗寅首宝玻蠕赠斤虑翔玖衰捍泛园渍农斌选烛箔扁蜂础瑚畏顽类蓬怂跨掉保讹油资馒朔积艺闯啊梨异誓剑夹镁桩莎藕搓占享脖驹脂匠铜媒纺兑碟爹旅巩姐邦扯倡证拖半渤都球世直簇庶叼踞斩父囱葱才井蛇睦御习吓摸惋绦仟肢衰崎穷齿法谢钻潘部炒渤栽痛幕匈怔粮仑寸挺耶奏浅蚌缓粮扮蔽耽澳柬炎恶益菌骄牵仅赋衷坟仔多锗伏哩堂庭计其交帕袁数拉胡餐峰呀劳圆徘墓谴唤阮筛各曹去谤骇滔备发浮专席铜堰盘酞潘检汗食嗣慢酝獭沽昂迟颜楼辐销挠拱鸥范左劲价软购溜敛律镑辱降虫梨养顽账玄鲸渊淮辙婿您睦踌囤缮娱掩茸相参近