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如何降低扭矩测量的不确定性

如何降低扭矩测量的不确定性

时间:2016-07-12 17:43 来源: 作者:广州南创 点击:
         
         在很多应用中o⊙⊙ω⊙ ▼,例如大功率涡轮机或是药罐的螺紧力测量中o⊙⊙ω⊙ ▼,扭矩都是最重要的测量量?!-!﹏▊。原理上讲o⊙⊙ω⊙ ▼,扭矩是力和力臂的乘积o⊙⊙ω⊙ ▼,但是对于高精度扭矩测量来说o⊙⊙ω⊙ ▼,尤其是旋转应用中o⊙⊙ω⊙ ▼,需要高精度扭矩传感器来实现?!-!﹏▊。
        本文的应用着重于大型涡轮发动机的扭矩测试o⊙⊙ω⊙ ▼,尤其是喷气发动机?!-!﹏▊。该项目是希望创建一个测试台o⊙⊙ω⊙ ▼,通过获得的扭矩数据o⊙⊙ω⊙ ▼,来对 涡轮发动机进行优化o⊙⊙ω⊙ ▼,以提高燃油效率?!-!﹏▊。因此获得精确的扭矩测量数据是本项目的重要组成部分?!-!﹏▊。
        测试需要量程为 200 N.m ⊙ ⊙︿ , 1 kN.m ⊙ ⊙︿ , 2 kN.m ⊙ ⊙︿ , 和 130 kN.m 的扭矩传感器?!-!﹏▊。三个小量程的扭矩传感器具有相同的几何尺寸o⊙⊙ω⊙ ▼,转速高达 22 ⊙ ⊙︿ ,000 RPM?!-!﹏▊。最大的扭矩传感器的转速为 4 ⊙ ⊙︿ ,000 RPM?!-!﹏▊。和测试台的其他部分相同o⊙⊙ω⊙ ▼,扭矩传感器需要极为可靠且耐用?!-!﹏▊。因为其往往会运行数个月之久?!-!﹏▊。防止出现某个输出失败o⊙⊙ω⊙ ▼,每个传感器都带有两个独立扭矩输出o⊙⊙ω⊙ ▼,并进行备份?!-!﹏▊。
        之前o⊙⊙ω⊙ ▼,测试台采用非旋转扭矩测量技术 - 一个力传感器和一个杠杆臂 ⊙ ⊙︿ , 通过力与杠杆臂的乘积计算出扭矩?!-!﹏▊。这是已经存在了半个世纪的测试技术o⊙⊙ω⊙ ▼,其有自己的优势?!-!﹏▊。例如o⊙⊙ω⊙ ▼,校准简单o⊙⊙ω⊙ ▼,过载保护相对容易?!-!﹏▊。但有一个最大的缺点:就是由于力传感器不在旋转轴上o⊙⊙ω⊙ ▼,无法实现准确对准o⊙⊙ω⊙ ▼,


有 较大的测量误差?!-!﹏▊。

        这种方式还有另外一个缺点o⊙⊙ω⊙ ▼,就是 低动态响应 (只有 20Hz)o⊙⊙ω⊙ ▼,这是因为测力计的质量会作为一个低通滤波器o⊙⊙ω⊙ ▼,会增加扭矩测量的不确定性?!-!﹏▊。另外o⊙⊙ω⊙ ▼,测力计必须要安装在轴承上o⊙⊙ω⊙ ▼,转动会对轴承造成摩擦o⊙⊙ω⊙ ▼,需要定期维护?!-!﹏▊。
 
       而现在测量技术只需安装扭矩传感器 即可o⊙⊙ω⊙ ▼,扭矩传感器由转子和定子组成o⊙⊙ω⊙ ▼,通过 无线遥测技术进行供电和数字化信号传输o⊙⊙ω⊙ ▼,并且由于采用无接触测量技术o⊙⊙ω⊙ ▼,因此是免维护的?!-!﹏▊。
       采用在线扭矩传感器有以下几个优点?!-!﹏▊。例如o⊙⊙ω⊙ ▼,高动态 - 其 响应频率高达 6kHzo⊙⊙ω⊙ ▼,可以测量真实动态扭矩?!-!﹏▊。而传统的杠杆技术的响应频率仅有 20Hz?!-!﹏▊。
       另外o⊙⊙ω⊙ ▼,无需考虑轴承摩擦和维护的问题?!-!﹏▊。在线传感器提供 更高的动态响应精度?!-!﹏▊。下图显示的是动态扭矩和扭矩平均值的比较?!-!﹏▊。

在线扭矩传感器也有自己的缺点o⊙⊙ω⊙ ▼,一个是对中比较困难o⊙⊙ω⊙ ▼,另外一个是防止过载?!-!﹏▊。尤其在需要对系统进行标定时o⊙⊙ω⊙ ▼,需要修改旋转轴或是移除扭矩传感器?!-!﹏▊。
对于类似的应用在设计和开发阶段需要更多地考虑?!-!﹏▊。如果传感器的转子采用 钛金属 而不是不锈钢o⊙⊙ω⊙ ▼,由于 更低的惯性矩o⊙⊙ω⊙ ▼,旋转扭矩传感器将更有优势?!-!﹏▊。更轻的钛金属以及更短的长度将使驱动系的整体重量更轻?!-!﹏▊。能够更简单地避免旋转轴在测试过程中的 “临界速度” 问题?!-!﹏▊。临界速度(转速)是一个会使旋转轴变得不稳定的点o⊙⊙ω⊙ ▼,会产生 谐波振动?!-!﹏▊。更短o⊙⊙ω⊙ ▼,刚度更高o⊙⊙ω⊙ ▼,更轻的重量 是为了避免不必要的振动和跳动o⊙⊙ω⊙ ▼,其会加大测量的不确定性o⊙⊙ω⊙ ▼,并增大系统失效的可能性?!-!﹏▊。在线扭矩传感器一般都采用 交流激励 以提高传感器的 抗干扰能力?!-!﹏▊。这将会提高扭矩测量的精度o⊙⊙ω⊙ ▼,尤其在非常低的转速下?!-!﹏▊。
为满足客户不同的测试要求o⊙⊙ω⊙ ▼,HBM 可以为客户定制扭矩传感器?!-!﹏▊。包括更高的精度o⊙⊙ω⊙ ▼,双输出o⊙⊙ω⊙ ▼,长度以及非螺栓式等?!-!﹏▊。

无轴承的设计能够降低客户的维护费用?!-!﹏▊。两个应变桥路能够获得更高的测量精度?!-!﹏▊。钛金属转子可以减少传感器重量并提升转速等级?!-!﹏▊。定制化长度和非螺栓安装方式可以将临界速度排除在测量范围之外?!-!﹏▊。这些方式都可以降低测量的不确定性并提高精度?!-!﹏▊。让客户获取更可靠的数据来提高产品效率?!-!﹏▊。最近o⊙⊙ω⊙ ▼,我们已经将定制传感器的方案进行了标准化o⊙⊙ω⊙ ▼,能够满足客户更高精度o⊙⊙ω⊙ ▼,更高转速的多方面要求?!-!﹏▊。


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