轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝于功率傳動(dòng)軸之間，是一種測(cè)量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量?jī)x器。
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器工作原理
轉(zhuǎn)矩傳感器主要由扭力軸、磁檢測(cè)器，轉(zhuǎn)筒及殼體等四部分組成。磁檢測(cè)器包括配對(duì)的兩組內(nèi)、外齒輪，永久磁鋼和感應(yīng)線圈。外齒輪安裝載扭力軸測(cè)量段的兩端；內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)筒內(nèi)，和外齒輪相對(duì)，永久磁鋼緊接內(nèi)齒輪安裝在轉(zhuǎn)筒內(nèi)。永久磁鋼，內(nèi)外齒輪構(gòu)成環(huán)狀閉合磁路，感應(yīng)線圈固定在殼體的兩端蓋內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下，內(nèi)齒輪隨同轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)。
內(nèi)外齒輪是變位齒輪，并不齒合，齒頂六由工作氣隙，內(nèi)外齒輪的齒頂相對(duì)時(shí)氣隙最窄，齒頂和齒槽相對(duì)時(shí)，氣隙最寬。內(nèi)外齒輪在相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒頂與齒槽交替對(duì)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒位時(shí)，工作氣隙發(fā)生一個(gè)周期的變化，磁路的磁阻和磁通隨之相應(yīng)作周期變化，因此線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電壓訊號(hào)，訊號(hào)電壓瞬時(shí)值的變化和內(nèi)外齒輪的相對(duì)位置的變化是一致的。
如果兩組檢測(cè)器的齒輪的投影互相重合時(shí)、兩組電壓訊號(hào)的相位差為零。安裝時(shí)，兩只內(nèi)齒輪的投影是重合的。而扭力軸上的兩只外齒輪是按錯(cuò)動(dòng)半個(gè)齒安裝的。因此，兩個(gè)電壓訊號(hào)具有半個(gè)周期的相位差，即初始相位差為α0=180°。若齒輪為120齒，分度角為3°，相位差為180°時(shí)，相應(yīng)外齒輪錯(cuò)動(dòng)1.5°。
當(dāng)扭力軸受到扭矩作用時(shí)，產(chǎn)生扭角β，兩只外齒輪的錯(cuò)位角變?yōu)?.5°±β兩個(gè)電壓訊號(hào)的相差角相應(yīng)變?yōu)椋害?120×（1.5°±β）=180°±120β。扭角和扭矩是成正比例的，因此扭角的變化和扭矩成正比，即相位差角的變化△α=α-α0=±120β=120K1M=KM式中K1為相位差角和扭矩的比例系數(shù)，K=±120K1，“±”另表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向。設(shè)扭力軸測(cè)量段的直徑為d，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，扭力軸材料的剪切彈性模為G，則K1=32L/πdG。
將傳感器的兩個(gè)電壓訊號(hào)輸入TR-1轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速功率測(cè)量?jī)x，經(jīng)過(guò)儀表將電壓訊號(hào)進(jìn)行放大、整形、檢相、變換成計(jì)數(shù)脈沖，然后計(jì)數(shù)和顯示，便可直接讀出扭矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量結(jié)果。由于采用磁電轉(zhuǎn)換、相位差原理和數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，因此能進(jìn)行穩(wěn)定、可靠、快速、靈敏的高精度測(cè)量。
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理是：通過(guò)彈性軸、兩組磁電信號(hào)發(fā)生器，把被測(cè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號(hào)， 這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測(cè)轉(zhuǎn)矩成正比。
在彈性軸的兩端安裝有兩只信號(hào)齒輪， 在兩齒輪的上方各裝有一組信號(hào)線圈， 在信號(hào)線圈內(nèi)均裝有磁鋼， 與信號(hào)齒輪組成磁電信號(hào)發(fā)生 器。 當(dāng)信號(hào)齒輪隨彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 由于信號(hào)齒輪的齒頂及齒谷交替周期性的掃過(guò)磁鋼的底部，使氣隙磁導(dǎo)產(chǎn)生周期性的變化， 線圈內(nèi)部的磁通量亦產(chǎn)生周期性變化， 使線圈中感生出近似 正弦波的交流電信號(hào)。 這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比， 因此可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。
這兩組交流電信號(hào)之間的相位與其安裝的相對(duì)位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方 向有關(guān)。當(dāng)彈性軸不受扭時(shí)，兩組交流電信號(hào)之間的相位差只與信號(hào)線圈及齒輪的安裝相對(duì)位置有關(guān)，這一相位差一般稱為初始相位差，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，使其相差半個(gè)齒距左右，即兩組交流電信號(hào)之間的初始相位差在 180 度左右。
在彈性軸受扭時(shí)，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形， 使兩組交流電信號(hào)之間的相位差發(fā)生變化，在彈性變形范圍內(nèi)， 相位差變化的絕對(duì)值與轉(zhuǎn) 矩的大小成正比。把這兩組交流電信號(hào)用專用屏蔽電纜線送入 NC 型扭矩測(cè)量?jī)x或具有其功能的扭矩卡送入計(jì)算機(jī)，即可得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率的精確值。兩端的信號(hào)發(fā)生器是由安裝在彈性軸上的外齒輪、 安裝在套筒內(nèi)的內(nèi)齒輪、 固定在機(jī)座內(nèi) 的導(dǎo)磁環(huán)、磁鋼、線圈及導(dǎo)磁支架組成封閉的磁路。
其中，外齒輪、內(nèi)齒輪是齒數(shù)相同互相脫開(kāi)不相嚙合的。 套筒的作用是當(dāng)彈性軸的轉(zhuǎn)速較低或者不轉(zhuǎn)時(shí)， 通過(guò)傳感器頂部的小 電動(dòng)機(jī)及齒輪或皮帶傳動(dòng)鏈帶動(dòng)套筒，使內(nèi)齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了內(nèi)、外齒輪之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，保證了轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度。但是，此時(shí)輸出信號(hào)的頻率不能用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。解決的辦法 是建議用戶另外增加轉(zhuǎn)速傳感器（如 NJ0、NJ1D、NJ2 等）或者在傳感器上增加一個(gè)轉(zhuǎn)速 傳感器（如 NJ3、NJ4 等） ，因?yàn)槭谴烹娛絺鞲衅鳎谵D(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)仍然不能保證轉(zhuǎn)速的正確測(cè)量。
為此，又派生了 NJ*D 型低速系列轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)品。NJ*D 型低速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的解決方法是增加了套筒測(cè)速頭及安裝在套筒上的測(cè)速齒輪，其測(cè)速頭的信號(hào)送入 NC-2A 型扭矩測(cè)量?jī)x進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不論套筒是否轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)始終是彈性軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，即使轉(zhuǎn)速為零也是如此。