扭矩传感器原理

扭矩传感器按以下顺序检测扭矩：

1. 扭转力（扭矩）施加于轴上。

2. 扭矩导致轴的扭曲和变形。

3. 测量轴的扭转和变形。

4. 根据测量值计算出施加到轴上的扭矩。

轴的扭转和应变被处理并以电信号的形式输出。许多扭矩传感器都配有放大器，可以放大电信号并将其输出为易于用 A/D 转换器测量的值。有些扭矩传感器配有显示屏，可以让你现场直观地检查扭矩值。

测量轴的扭转和应变的方法多种多样，但目前实际使用的扭矩传感器中常用的方法有以下四种。

1.应变式扭矩传感器

图2.应变计扭矩传感器轴

该方法使用应变计测量轴上的应变。应变计是一种通过测量因膨胀和收缩引起的电阻变化而产生的应变的传感器。如图2所示，当对轴施加扭矩时，在轴的±45°方向上会产生拉伸应力和压缩应力。利用应变计测量该应力方向的应变。

2.电容式扭矩传感器

该方法通过测量电容器电容的变化来测量轴向应变。在轴上放置两个电极，当轴发生扭曲时，电极的相对位置会发生变化，从而测量电容的变化。

与应变计式相比，该方法结构更简单，可以缩短轴长，因此广泛应用于机器人扭矩传感器。

3.磁致伸缩扭矩传感器

该方法通过测量线圈电感的变化来测量轴应变。当扭转力施加到轴上时，磁导率（磁通通过的难易程度）会发生变化。这一原理被称为逆磁致伸缩效应。磁致伸缩扭矩传感器将线圈放置在轴的外部，并通过线圈电感的变化来检测轴的磁导率的变化。

磁致伸缩扭矩传感器可以非接触式测量扭矩，具有以下优点：

• 能够测量旋转轴的扭矩，例如电动机或发动机的旋转轴

• 由于不需要将传感器安装到轴上，因此可以在不损害轴的强度的情况下测量扭矩。

4.光学扭矩传感器

该方法使用光学传感器测量轴向应变。如果轴发生扭曲或变形，发光部分和受光部分的位置就会错位，导致接收到的光量产生差异。接收到的光量的差异被转换成电信号并被检测为扭矩。