用于旋转轴的非接触电容式传感器[外文翻译].rar

用于旋转轴的非接触电容式传感器

摘要- 在机械轴上测量扭矩是汽车动力传动系统和发动机控制系统所需要的。到目前为止，扭矩传感主要是利用应变计连接到轴上的滑环，使能够进行电气接触来实现的。非接触式磁性和光学技术也被加以运用。在提出的电容扭矩传感器，两个角位移传感器被间隔一个明确定义的距离。在序列0，90，180 ，270。。。每一个电容位移传感器的转子组成一个电极阵列和相位角的正弦波电压. 这些电压电容从定子至转子耦合。定子还装有一个读出电极。这个读数电极读出的正弦波相位角是成正比的转子-定子电极重叠，因此与角位置成比例。相位角区别两个角位移传感器的输出信号是它是一个直接测量的扭角，因此是轴上的扭矩。该传感器能够使非接触式扭矩在0-100纳米范围内对10毫米直径的钢轴进行测量。

1 导言
引擎的扭矩/速度关系是燃料消费经济性指标的一个重要参数。在加速时保持发动机在尽可能最低的齿轮，通过改变齿轮比例，增加车辆行驶速度，而非操作油门，提高发动机转速，这样将得到最佳的燃油经济性。油门应只用于在可能最低的发动机转速时提高功率。很明显，在这样一种方式下发动机速度对于调整传递不是一个合适的参数。因此在操作遇到机械的局限性时应使用转矩调整传动比。发动机曲轴或需要测量扭矩的轴，是旋转的，这就强烈要求通过非接触测量扭矩。旋转轴采用电气接触时，需要使用滑环，这将导致费用更高，而且维修时需要传感系统。另一可能限制范围的边界条件源于结构的限制。要求力学性能的轮轴通常避免由于放置传感器电子系统而铣槽或地方狭窄的轮轴，这是为实现一个更大扭角。槽孔的铣削基于扭矩测量系统的非接触式应变片，这种传感器操作的电力可以通过感应和传感器数据的遥测提供给轴，这也是相当可行的。然而，由于实际情况的限制，这样削弱车轴的做法通常是不被允许的。此外，相对较高的发动机转速，对车轴的平衡要求更高，以避免惯性引起的振动。不过，这种系统已在船舶的轴上实施了，驱动轴的质量和直径以及每分钟转动的数目允许基于传感器安装一个应变片和在轴上读出电子。轴的限制处可以用来放大扭矩导致的扭角。这将有利于利用两个角位移传感器对扭矩进行测量;对限制处的任何一面。因为扭矩导致的扭转角是与轴直径的第四个电源成反比例的，在角位移上的可以获得显著的增益，然而，结构问题通常阻碍这些技术的实施。