隨著科學技術(shù)的不斷進步，扭矩測量技術(shù)在工業(yè)、航空航天、農(nóng)業(yè)。軍事等多個領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。例如在殼式斷路器測試系統(tǒng)中，通過扭矩傳感器的實監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定步進電機的工作狀態(tài)，使得斷路器雙金屬片上的螺母能夠精確鎖緊；采用動態(tài)扭矩傳感器對雙電機的轉(zhuǎn)速同步性能進行檢測，得到雙電機在不同轉(zhuǎn)速下的力矩差，以保證轉(zhuǎn)臺精確穩(wěn)定地運行。


新型霍爾式扭矩傳感器
新型霍爾式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)主要包括傳感器軸、兩個支架、外環(huán)鐵心、內(nèi)環(huán)鐵心、霍爾開關(guān)、永磁磁鋼和配套軸承。其中內(nèi)環(huán)鐵心通過支架2與傳感器軸的左端固定；支架1與傳感器軸的右端采用一體化設計，外環(huán)鐵心固定在支架1的內(nèi)側(cè)；支架2與傳感器軸的右端通過軸承隔開；內(nèi)外環(huán)鐵心之間存在空氣隙。


圖2為扭矩傳感器對應的A-A剖面圖，永磁磁鋼為四片，均勻分布的固定在內(nèi)環(huán)鐵心的間隙中；霍爾開關(guān)為四個，均勻分布的固定在外環(huán)鐵心的間隙中；無負載扭矩作用時，用磁磁鋼和霍爾在空間上的初始位置為相互錯開45°。


根據(jù)上述機械結(jié)構(gòu)對傳感器的各個配件進行加工，組裝完成后的傳感器樣機如圖3所示。


當彈性軸受到負載扭矩作用時，彈性軸兩端的截面會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角。在轉(zhuǎn)軸彈性范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)角與負載扭矩存在如下關(guān)系式：

式中，△θ為軸的扭轉(zhuǎn)角(rad)； T為負載扭矩(N.m)；L為軸的工作長度(m)； D為軸的直徑(m)； G為軸材料的剪切模量(N/m²)。


當傳感器軸未受負載扭矩作用時，永磁磁鋼形成的磁場與霍爾的相對位置如圖5所示，霍爾的接線如圖6所示，其中虛線代表示，霍爾的接線如圖6所示，其中虛線代表磁力線的走向。四個霍爾開關(guān)的電壓輸人端采用串聯(lián)的方式連接，通人直流控制電壓后產(chǎn)生電流I ，由于磁場與霍爾平面法線的夾角a=90，根據(jù)式(2)可知，霍爾開關(guān)的霍爾電勢為零。
假設某瞬時霍爾的電流方向如圖8所示，傳感器中的電荷受到磁場洛倫茲力的作用，集聚后霍爾電勢的極性如圖8所示，將四片霍爾開關(guān)產(chǎn)生的霍爾電勢采用串聯(lián)的方式連接，最終以a、h兩個端子引出，兩端的霍爾電勢為：
在傳感器轉(zhuǎn)軸的彈性范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)角△θ較小，因此： 聯(lián)立式(3)和式(5)得： 由式(6)可知，霍爾電勢與負載扭矩成正比，可以通過標定獲得比例系數(shù)，完成后即可用于扭矩測量。