磁电式扭矩测量仪的设计与误差

1、传感器原理及工程应用设计（论文）磁电式扭矩测量仪的设计与误差分析学生姓名：学 号：所在学院：信息技术学院专 业：电气工程及其自动化中国·大庆2011 年 12 月黑龙江八一农垦大学2摘要 船艇主动力装置的转速、扭矩测量对于把握其工作状态进行优化控制具有重要意义，当前转速的测量技术已十分成熟，但现有的扭矩测量装置在可靠性、精度或价格方面存在的问题以及船艇恶劣的工作环境，使得扭矩的实时测量远未达到令人满意的程度。本文研究是舰艇非接触式转矩转速仪研制项目的一部分。通过对各种扭矩仪的特性比较，认为磁电相差式扭矩仪属于非接触式测量，不需要结构复杂、容易带来不可靠因素的信号引出装置，结构简单可靠

2、，无需外加电源而有较强的输出信号，对工作环境要求不高，不易受到干扰，能在较宽的环境温度范围下正常工作，且精度高，转速范围大，较为符合船艇的实际工作环境，因而选择了磁电相差式扭矩仪作为研究方向。本文根据磁电相差式扭矩仪的原理和特点，分析其误差产生的主要原因，提出减小误差的措施，完成测量系统的总体方案设计和技术设计。关键词： 扭矩测量仪磁电式设计误差分析2目录摘要2前言51 系统总设计611转矩测量设备发展概况6111 转矩测量设备的基本类型和主要特征6112国内外转矩测量设备发展现状712非接触式转矩仪方案论证7121方案论证遵循的基本原则7122系统方案论证82 执行器部分921转矩仪转速特性

3、的基本知识922减小转速特性误差的途径93 信号采样部分1131 波形的模拟计算11311影响传感器输出波形及信噪比的因素1132 测量系统的总体设计1133信号采集和处理部分的设计12331硬件12332软件134 应用的传感器1741 传感器概述17411引文17412分类17413定义17414原理17415总结185 试验及结果分析1951试验设计19511台架试验的目的19512试验设计196 结论22参考文献234磁电式扭矩测量仪的设计与误差分析前言转矩、转速、功率测量的意义 动力系统是船艇的心脏，是直接关系到船艇能否安全运行的关键，其状态监测已越来越为人们所重视。近年来，动力系统

4、的检测技术取得了长足进步，已由原始的机械式监测仪表逐步走向电子式、计算机综合检测，所测参数的范围也有了很大发展，部分参数已逐步成为在线监测参数。当前船艇的动力大多由柴油机提供，其转速、转矩、功率是反映船艇动力性能的重要特征参数，综合反映主机的工作状态和工作质量，因而这些参数的测量具有重要意义。转矩赢接反映主机的负荷，动力系统的转速和负荷是描述系统工况的两个基本参数，从主机的冷却水温度、滑油温度和压力、爆炸压力及排气温度也可间接反映主机的负荷，但都不如转矩来得直接、全面。获知主机输出转矩后，根据螺旋桨特性曲线可了解螺旋桨的效率以及轴系的工作可靠性。转速分为循环平均转速和瞬时转速，循环平均转速反映

5、了柴油机的运转平稳性和调速性能。柴油机是往复式工作机械，一个运行周期分为进气、压缩、做功、排气四个阶段，各阶段的转速有所不同，且船用主机多为多缸机，各缸按一定的顺序相继发火，使得瞬时转速曲线在一个循环内出现与发动机缸数相等波，这一波动情况可反映工作循环内柴油机各缸的工作细节，为主机某些故障的判断提供了有效的信息。通过分析转速的波动情况，可以监测气缸的气密性和工作气缸的动力性能，评判各缸的工作均匀性。对转速、转矩等参数进行实时监测，能够及时掌握主机的运行状态，对船艇动力系统的实时控制和早期故障诊断具有重要作用。当前，转速的测量技术已十分成熟，在实船上的应用也很普遍，转矩的测量在实验室中出现了多种

6、方法，但在工作现场测量还远未达到令人满意的程度。课题来源和本文所做的主要工作课题来源于海军装备部下达的“舰艇非接触式转矩仪的研制”科研项目，该项目针对当前转矩仪存在的问题，研制适合于船艇实际工作环境的在线转矩测试仪。本文所做的工作有以下几个方面：1综合比较各种不同工作原理的转矩转速仪的特点，选择了较为符合舰艇实际工作环境的磁电相位差式转矩仪。2从磁电相位差式转矩仪的原理着手，分析了影响转矩仪精度的主要因素转速特性误差的产生原因和减小这一误差的途径。3对不同齿轮产生的波形进行了模拟计算，并由此分析了影响波形的主要因素。4确定了系统的设计原则，结合舰艇实际工作环境完成了系统方案设计。5在6135z

7、c柴油机台架上完成了系统技术设计，并对系统的转速、转矩测量情况进行了试验研究。2磁电式扭矩测量仪的设计与误差分析1 系统总设计11转矩测量设备发展概况转矩测量设备作为旋转轴系测功、测力设备，在确定被测装置性能、对装置实施状态监测和故障诊断及实现优化控制等方面有着广泛的用途，因此，开发可靠性高、测量精确的在线转矩测量设备具有重要的实际意义。111 转矩测量设备的基本类型和主要特征按照转矩测量方法的基本原理，主要的转矩测量设备可以分为以下三种类型：平衡类、传递类和能量转换类。1平衡力类：平衡力类测量转矩设备通常称为测功器，其原理是通过吸收发动机的功来测量转矩，主要由主机、平衡支承和平衡力测量机构三

8、部分组成。平衡力矩可由水流、电流、电涡流、磁粉、空气等提供，最为常见的两种测功器是水力测功器、电力测功器，分别通过水的摩擦力、电磁力矩来平衡发动机输出轴转矩，并传输给外部测力机构，测出输出转矩。2传递类：传递类测量转矩设备通常称为转矩仪，其测量转矩的原理是通过测量发动机输出轴在转矩作用下的变形、应力或应变，并进一步转换成轴的转矩。由于被测轴是旋转的，因此被测轴的变形或变换的输出较为困难，并且也影响其测量的准确性、稳定性及设备的可靠性。3能量转换类：能量转换类测量转矩和功率是基于测量发动机消耗燃料的化学能以及发动机进行能量转换的效率来白J接获取发动机功率的方法，由于影响发动机的效率的因素复杂多变

9、，因此，此类设备通常较难具有通用性，且精度较低。关于柴油机功率的测量，美国的报道有通过测量发动机排气管压力波动情况来确定发动机功率的设备，但实际应用中局限性很大。在三类转矩测量设备中，能量转换类通常在电机类和液压机械类转矩测量中应用，在其它能量转化场合很少应用：平衡类转矩测量装置没有从旋转轴到显示部分的转矩信号传输问题，其本身就是一台工作机或制动器，在实验室和内燃机制造厂家，对动力机械或工作机械进行试验时，就不需要另外再去选配负载机械，因而，平衡类转矩测量设备在实验室和内燃机制造厂家中有广泛应用，但该类转矩测量装置体积庞大，价格较贵，仅可测量稳定转速工作情况下的转矩，不能测量动态转矩，且在测功

10、时测功器消耗发动机输出功，不能输出转矩，因而不能用于工作现场测量；传递类即转矩仪具有不影响原动机功率输出的优点，可以在现场测量，因而应用最为广泛。112国内外转矩测量设备发展现状（一）国外转矩测试设备研制情况随着电阻应变测量技术的发展和电子技术水平的提高，转矩仪的研究得到了迅速的发展。按美国1973年的统计。现代实验工作中采用转矩仪测量转矩的占6040%，采用测功器测量的占268%，其他方法占104%，而且转矩仪所占的比例有明显增加的趋势。用于船艇的转矩实时测量技术在国外起步较早，1972年美国海军首先在一艘以燃气轮机为主动力的DD一963级驱逐舰上安装使用了ACURX型船用转矩仪，实时监测船

11、艇航行时主机的转矩、转速、功率，对主机进行科学管理，同时保护轴系。此后，英、日、德等西方发达国家普遍在船艇、钻井机械、轧钢设备上配置转矩传感器，对设备进行科学管理。传感器的精度在不断提高，磁电式转矩传感器的静校精度已不低T±01%，同本生产的转矩遥测仪精度可达I%。数字式显示仪表出现后，其不易受到于扰,测量精度高，测量结果便于自动记录或输入计算机进行处理的优点使得其在转矩测量中应用同益广泛。测量转矩不仅在技术上朝着多样化、方便、高精度等方向发展，而且测量范围也不断扩大。（二）国内转矩测试设备研制情况我国转矩仪的应用始于六十年代，到八十年代以较广泛用于内燃机、泵、电机、齿轮箱等方面。造

12、船部门为验交船舶，在试航工作中使用转矩仪测量转矩、功率，作为交船依据，但作为船用主机的固定配套设备却少有应用，其原因一方面是对转矩仪保障船艇技术性能的重要性认识不足：另一方面，那时的转矩仪操作较困难。有的需要改变轴系布置，可靠性较低，信号传输方面存在一些难以解决的问题。直NA十年代末，七零四所研制成功RTMMC功率遥测仪，才丌始逐渐在主要船艇上配置使用。12非接触式转矩仪方案论证121方案论证遵循的基本原则根据转矩仪研制的用途为工程在线检测，因此，确定了如下的基本原则：(1)在可靠的基础上求先进工程检测设备，尤其是在线检测设备，其可靠性好坏、寿命长短是其最关键的因素，因此，在方案论证时必须充分

13、重视系统的可靠性，可靠性和寿命是维系系统功能发挥的基础，在此基础上系统的先进性能彳能得以实现并发挥其效益。在重视可靠性的同时，应兼顾其性能的先进性，满足工程测试的基本要求。(2) 精度与稳定性相结合动态测量及稳态测量精度与灵敏度往往形成矛盾，灵敏度优越的系统可能稳定性较差，尤其是来自外界的干扰，在动态响应好的系统上往往产生很大的影响，因此必须重视系统的抗干扰能力。(3)性能与价格并重充分考虑系统性能，尤其是其可扩展性与造价的关系，力争在系统形成后，针对柴油机等热机，具有在热力性能等方面扩展其测量范围的可能性，追求较高的性能价格比。122系统方案论证本文的研究是结合“舰用非接触式转矩转速传感器的

14、研制”课题进行的，课题研究适用于舰艇动力装噩的输出转矩实时测量的测量设备，被测转矩范围比较大，设备在机舱中工作，环境比较恶劣。根据课题要求，综合比较各种转矩测试设备的特点后，认为相位差式转矩仪较为符合课题的要求。整个测量系统由传感器部分和信号处理部分组成1. 传感器部分的选型相位差式转矩仪的传感器一般可采用电涡流式、光电式和磁电式三种形式。西安交通大学曾使用清华大学精密仪器与机械学系传感器研究室研制生产的电涡流传感器进行实验，发现电涡流传感器有响应速度慢的致命弱点，不能满足实时性的要求。光电式响应速度快，信号强度不受转速的影响，结构简单。但其缺点是抗污染能力较弱，需配置外加电源，光源需经常更换

15、，可靠性较差，不能测起动和低转速转矩，静标困难。磁电式传感器基于磁感应原理，测量精度高，转速范围大，结构简单、可靠，无需外加电源丽有较强的输出信号，对工作环境要求不高，不易受到干扰，能在一2060的环境温度下J下常工作。根据课题的要求和各种传感器的特点，本课题拟采用磁电式传感器。2信号处理部分信号处理部分的主要功能是磁电式传感器产生的电压信号进行数据采集，数模转换，对转换后的信号进行分析处理，得出所需的转速信号和相位差信号，并以此推算出转速和转矩。本文使用AD转换板对采集信号进行数摸转换，直接送入计算机，采用软件进行后处理。2 执行器部分磁电式转矩仪的系统误差由静标定误差和转速特性误差组成。静

16、标定误差主要由扭力轴刚度的非线性引起，通过标定可以消除。转矩仪的转速特性是指在被测轴转矩不变时，其测量值随轴转速变化的规律。最理想的转速特性应是测量值与转速变化无关，但实际上，由于各种因素的影响，理想的转矩仪转速特性难以实现。本章的主要目的是通过对磁电相位差转矩仪的转速特性分析，寻找实现其良好转速特性的途径，提高转矩的测量精度。21转矩仪转速特性的基本知识按照国家标准，转矩仪转速特性的定义为被测轴转矩不变时，转矩仪测量值随被测轴转速的变化规律。211转矩仪转速特性的种类和特点按转矩仪测量其转速特性时被测轴转矩的大小，其转速特性可分为三类：a零值转速特性零值转速特性是指被测轴转矩为零时，其测量值

17、的变化规律。此时的转速特性与零点漂移的概念有相似之处，但不能反映被测轴扭转刚度的非线性影响，因此它并非真正的测量仪零点漂移。由于此特性较易获得，且只与测量仪有关，因此多用此特性作为反映测量仪的性能指标之一。b部分转矩转速特部分转矩转速特性是指被测轴转矩小于量程条件下的非零值转速特性，由于转矩值可多样化，因此难以建立统一的标准，故通常只做为研究参数，不做为评价测量仪性能的指标。c满量程转速特性满量程转速特性是指在被测轴转矩为满量程时，其转矩测量值随被测轴转速的变化情况。由于其包含了整个测量系统的转速特性，因而可综合反映系统的零点漂移，故可用作评价系统的测试技术指标。但作为内燃机等发动机输出轴转矩

18、测量设备时，由于原动机速度特性的影响，获得此特性较为困难，作为实际应用指标较难实现。综上所述，目前在评价转矩测量仪转速特性误差方面，应用较多的指标仍为零值转速特性或空载转速特性。22减小转速特性误差的途径转速特性误差是磁电传感器的固有特性引起，因而不能从原始信号中完全去除。当测试系统设计合理时，可减小转速特性误差对测量准确性的影响，从而提高测量精度。从上述分析结果可知，减小转速特性误差应从两方面着手，一方面应尽量使两个传感器的参数一致，并使外电路的输入电阻远大于线圈内阻。另一方面，要从二次仪表的设计时，采取合理有效的措施来减小其对系统测量精度的影响。当传感器与齿轮间隙不变时，对具有对称齿形的齿

19、轮，传感器输出波形具有轴对称性，这种对称性不随轴转速变化而改变。当轴、传感器座振动引起齿轮与传感器自J隙变化时，信号的波形对称性将发生变化，但此时可对波形进行均值差处理而获得对称波形。1.过零触发过零触发即指当输入信号电位为零作为丌始计时和停止计时的条件，由于波形的对称性，传感器输出波形的周期只决定于轴转速和齿轮，而与传感器的特性无关。出于零值点在对称波形时可作为其周期的标定点，因此若传感器输出波形是轴对称波形，零值触发不会引起由于传感器幅值特性差异产生的转速特性误差。2.分段零值触发当转轴、传感器座振动对波形对称有影响时，在齿轮齿数足够大的条件下。可采用分段零值触发的方法来减小转速特性误差。

20、即以齿轮的一个齿作为触发波形单位，将这一个波内的各采样点电压值减去这个波的平均值，使波形单齿对称。3.软件补偿信号波形的变化与转速有关，因而可以将扭轴空载时的转速分为若干段，事先测出空载时在各个分段点的初始相位差，根据转速转换为两个齿轮的初始偏差角，存储在计算机中，分段点之间的转速用插值计算初始偏差角，测量转矩时，根据测得的扭转后的偏差角和当前转速时的初始偏差角计算转矩，由于有负载和空载时转速相同，可以减小转速特性误差。3 信号采样部分31 波形的模拟计算传感器的输出波形及其信噪比对相位差识别影响较大，因此从理论上搞清影响输出波形的因素，寻求提高信噪比的途径对提高转矩测量精度有重要意义，减少试

21、验的工作量。311影响传感器输出波形及信噪比的因素1传感器线圈匝数N线圈匝数影响传感器输出波形的幅值，因而其大小对输出信号的信噪比有影响，通常较大的线圈匝数可获得较大的信号电压，但线圈匝数增加后，会使线圈内阻增大，线圈发热量增加改变系统特性。并且线圈中的感生电流产生交变磁场，它将加强或减弱传感器磁源的磁场，给测量带来误差。2传感器的磁场强度或磁势F传感器磁源的磁场强度影响对信噪比的影响与线圈匝数类似，但由于其本身是传感器的信号源，因此增大传感器的磁势可获得更好的信噪比，且没有提高线圈匝数带来的副作用。一般多采用高强度磁铁作为系统的磁源。3传感器与齿轮齿顶的间隙d系统结构参数确定后，是唯一可调整

22、的对系统有影响的参数，可以看到感应电势的大的平方成反比，当增大时，信噪比下降，输出波形的幅值降低。实际系统安装时还应考虑轴系振动等对间隙的最小值限制，最好的情况是使艿等于能满足系统可靠工作的最小值。4齿轮的结构参数对于渐开线齿轮，当基圆半径rb增大时，感应电势的幅值增大，而基圆半径rb等于模数和齿数的乘积，因而当齿数和模数增大时，传感器的信噪比提高。对于矩形齿轮，理论上的波形是脉冲信号，感应电势的幅值仅决定于传感器的响应特性。32 测量系统的总体设计从提高系统可靠性和稳定性的观点来看，系统的硬件部分应尽可能简单，另外，从第二章的转速特性误差分析可知，产生信号的感应部分和相位差信号获取部分的参数

23、差异是造成转速特性误差的主要原因，因而，在硬件设计上应尽量避免这种差异，总体想法是直接以柴油机的输出轴为弹性轴，由两个磁电式传感器产生两路电压信号，用AD板将信号转换成数字信号直接送入计算机，转速信号和相位差信号的获得和处理均由软件完成，充分发挥计算机计算能力强和存储量大的特点。整体结构如图3-1所示。3-1 测量系统结构框图33信号采集和处理部分的设计331硬件硬件部分的主要功能是将传感器产生的模拟信号转化为计算机能处理的数字信号。磁电式传感器产生的感应电势比较大，无须进行放大，在硬件上直接使用AD转换板对模拟信号进行处理。这样做的好处是减少了外电路，增加了系统的可靠性，且AD转换板的输入电

24、阻一般很大，使传感器近似丌路，减少了由于外电路参数不一致造成的转速特性误差。AD转换板的转换频率是一个很重要的参数，它关系到系统的可识别的最小转矩或转矩分辨率。设r为转矩分辨率，为单位轴长扭转角，轴转速为n，L为两齿轮安装间距，则有采样频率的计算公式如下：通常在实际船艇中，采样时使用了两个通道，故采样频率。即在上述条件下，系统能识别的最小转矩为额定转矩的1。这一分辨率随L的增大和n的降低而提高。采用1Mhz的采样频率时，系统最小转矩分辨率为15%。332软件软件主要包括以下几个部分：电压信号的采集、去除直流分量和滤除杂波、转速和转矩的获得。测量的程序框图如图3-2所示。信号采集将事先计算好的采

25、样频率和一次采样时间及触发方式、扫描方式、通道数等控制字送入相应的偏移地址，即可丌始采集信号，一次扫描结束后，根据采样位数将得到的二进制数转换为浮点数，送入下一模块处理，若测量时自j未到，需要重新设置控制字，继续采样。信号的处理信号处理主要包括信号的滤波和信号相位差识别和频率识别，信号处理时考虑的原则是使信号的频率、相位识别结果真实准确地反映被测轴的转速和转矩，同时顾及系统的简单、可靠性以及价格。3-2 软件部分流程图信号的滤波采集到的信号波形如图3-2所示，可以发现信号中有杂波干扰，直接计数会产生误差，因而考虑将杂波滤去，滤波可使用硬件或软件进行，采用硬件速度快，但增加的两路滤波电路特性不一

26、致会产生转速特性误差，软件滤波可以方便地调整参数，而且不会造成两路信号的差异，本文中采用软件进行滤波。3-2 原始信号波形3-3 原始信号的功率谱为使滤波器的设计满足上述要求，需对原始信号的频谱进行分析，图3-3渐开线齿轮信号的分析结果，从分析的结果可以看出，信号的主频集中在低频段，比干扰的频率低得多，且主峰突出，其它频率所占比例很小，滤波器的截止频率可取得较大而不影响滤波效果。此结果说明可设计共用滤波器而不需考虑转速变化范围的影响。滤波器的设计考虑硬件滤波和软件滤波两种形式的特点，减小或避免由两路信号滤波器参数差别或元件特性差异对滤波信号相位特性的影响，较好的方法是采用软件滤波。软件滤波存在

27、的问题是需解决滤波时问问题，其系统相位的识别时间必须满足监测的要求，并且滤波必须保证相位不失真。转矩是通过测量两路信号的相位差得到的，因而在滤波时，最好采用有线性相位特性的滤波器，也即冲击响应为奇对称的FIR滤波器t261但从实际效果上来看，为取得较为理想的滤波效果，FIR滤波器的阶数要取得较高，这时的计算的时间加长，对测量的实时性不利。图3-4、图3-5，图3-6、图3-7、图3-8分别显示了原始信号经过二阶ButterworIlI滤波器、二阶、四阶、八阶、十二阶FIR滤波器后得到的波形。3-4 经过二阶Buttcrworth滤波嚣后的波形3-5 二阶FIR游波后的波形3-6 四阶FIR滤波

28、后的波形3-7 八阶F1R滤波后的波形3-8 十二阶FIR滤波后的波形4 应用的传感器41 传感器概述411引文随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近 20 年来，电子技术日新月异，计 算机的普及和应用把人类带到了信息时代， 各种电器设备充满了人们生产和生活的各 个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术 中主要技术之一，在国民经济建设中占据有极其重要的地位。412分类1、转轴式的，由转轴将速度传递出来，到一个小的发电机，很小的那种，根据发电机所建立的电压，推算出转速。2、电磁感应式，在转动的轴上安装齿轮，外侧是电磁线圈，转动是由于轮齿间隙通过，得到方波变化的

29、电压，再推算出转速。413定义单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度，与之相对应 的就有线速度传感器和角速度传感器，我们都统称为速度传感器。414原理磁电式速度传感器为惯性式速度传感器，其工作原理为：当有一线圈在穿过其 磁通发生变化时，会产生感应电动势，电动势的输出与线圈的运动速度成正比。磁电式传感器的结构有两种，一种是绕组与壳体连 接，磁钢用弹性元件支承，另一 种是磁钢与壳体连接，绕组用弹性元件支承。常用的是后者，为磁电式速度 计的典型结构。 在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢与壳体一起随 被测系统的振动而振动，装在芯轴上的线圈和阻尼环组成惯性 系统的质量块 并在磁场中

30、运动。弹簧片径向刚度很大、轴向刚度很小，使惯性系统既得到可靠的 径向支承，又保证有很低的轴向 固有频率。阻尼环一方面可增加惯性系统质量，降 低固有频率，另一方面在磁场中运动产生的阻尼力使振动系统具有合理的阻尼. 因线圈是作为质量块的组成部分，当它在磁场中运动时，其输出电压与线圈切割 磁力线的速度成正比。前已指出，由基础运动 所引起的受迫振动，当 w>>wn 时，质 量块在绝对空间中近乎静止，从而被测物（ 它和壳体固接）与质量块的相对位移、 相对速度就分别近似其绝对位移和绝对速度。这样，绝对式速度计实际上是先由惯性。415总结由于微电子技术和微机械加工技术发展，传感器正向微型化、多功

31、能化，智能化 方向发展。微型化传感器利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、 数据处理装置集成封装在一块芯片上。这将成为一种趋势。416传感器实例概述 HSBG-V3950系列磁阻式/磁电式测速传感器是针对测速齿轮而设计，安装在靠近测速齿轮的方。具有抗干扰性能好，抗振动、安装使用方便，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用的特点。应用于电厂、水泥厂、水泵厂、风机厂、煤炭、矿山、石油化工、钢铁冶金、造纸厂等行业。主要技术指标* 直流电阻：约350+15(25) 抗 振 动：20g* 测速齿轮形式：模数2 4（渐开线齿轮） 相对湿度：90%* 螺纹规格：16传感器（M16×1.

32、0） 工作温度：-30 +130传感器样式5 试验及结果分析51试验设计511台架试验的目的台架试验的目的是检验设计的转矩、转速测量系统是否满足实船设计要求，发现系统设计存在的不足并为今后进一步研究打下基础。512试验设计试验设备以目前的实验室台架已有设备为基础，经适当改造形成试验台架，台架的构成框图如图43所示，主要设备包括6-135ZC柴油机，额定功率为882KW，额定转速为1500rmin，输出轴直径为71ram，材料为低碳钢，两个齿轮的紧固螺钉之间的距离为420mm，在输出端用水力测功器来提供外负载。根据对采样频率的要求，选择了PT-6342超高速模入接口卡进行数据采集和数模转换，PT

33、-6342超高速模入接口卡适用于具有ISA总线的Pc系列微机，具有良好的兼容性，CPU从现在广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用，在硬件上的安装也十分简便，使用时只需将接口卡插入机内ISA总线插槽即可，信号电缆从机箱外部直接接入。其最高AD转换频率可达125MHz；AD转换分辨率为12位；最大输入通道数单端输入时为16路，双端输入时为8路，为扩展其它功能提高了条件；输入阻抗大于10M o，远高于传感器内阻，可使传感器接近于丌路，减小了由于外电路的参数不一致引起的转速特性误差；板上带有128K*16Bit的存储器，一次采样时问可达013秒。PT-6342接口卡在使用前需根据实际的

34、测量要求设置跳线，卡上有一个八位选择开关Kl和八个跳线丌关JK1Jk8。八位选择丌关Kl用于选择所需的初始地址，可选择范围为100H36FH之问，使用前应根据具体计算机的情况，选择不会发生冲突的基地址，本文中将基地址设为100H。跳线开关JKl、JK2用于选择单双端输入方式，JK3用于选择码制，JK4用于选择总采样倍数，JK5是通道标志，JK6用于可预置模拟电平触发方式选择，JK7选择存储器映像地址，JK8用于选择中断号。根据本系统信号采集的特点，将JK1、JK2置为单端输入方式，JK3值为双极性二进制偏移码方式，其余跳线开关不改变。 4-1 PT一6342接。卡布局图在采样程序中，首先将转换

35、板簧为主机读写状态，分别送入通道号，扫描方式，然后送入采样状态控制字，在不同的偏移地址上写入扫描频率，采样总数，启动AD转换矗到获得采样结束标志。采样得到的数掘为16位二进制数，前4位为通道号，后12位为数据，本实验采用的是双极性工作方式，则第5位为J下负标志，用后1l位表示O5v的电压。为使用方便，需将数据位转化为浮点数，转化公式为：电压值=数码(12位)*104095-5(V)电压分辨率为52047=0.244mV。试验条件分析由于系统中无精密转矩测量设备，水力测功器较难准确设定、精确测量转矩(水力测功器读数分度为2Kg)，被测轴段较短，变形较小，在柴油机满负荷时，两齿轮删的扭转角只有006950CA，约为系统量程的10%左右，因此难以通过水力测功器直接对测量系统的精度进行标定。解决问题的方法由于台架设备性能与系统试验目杯存在矛盾，为良好达到试验目的，必须合理解决矛盾。矛盾的关键是由于台架设备无法准确计量产生轴变形的转矩和使被测轴有足够大的变形。被测轴变形的大小对测量系统的影响，核心是其两路信号相位差的大小以及准确地确定此相位差，因此可以想象