《动态扭矩校准系统的方案设计》14000字

动态扭矩校准系统的方案设计TOC\o"1-3"\h\u23521第1章绪论 1178271.1背景和研究意义 1229931.1.1背景 1135911.1.2研究意义 2305331.2国内外研究现状 388111.2.1国外研究现状 3171111.2.2国内研究现状 4223171.3本文的主要工作 526575第2章扭矩测量原理 64252.1静态测量 6293892.2动态测量 715741(2)额定扭矩(峰值)：10Nm。 813443第3章基于衍射光信息提取的动态扭测量 8301733.1动态扭矩 8316143.2研究动态扭矩校准的两大关键技术 958193.2.1角加速度动态测量原理 9258803.2.1转动惯量测量原理 10277623.2.3扭矩传感器有效转动惯量的确定 1218176第4章动态扭矩传感器校准技术方案 13198894.1利用传统送检校准（实验室校准法） 13322554.2动利用态加载对扭矩传感器进行校准 13188574.3利用磁悬浮效应微扭矩校准 1450854.4扭矩式传感器不同时期的校准方式和优势 159430第5章动态扭矩校准系统的方案设计 17321605.1动态校准系统建立 172125.2基于衍射光信息提取的动态扭矩校准系统构建 17318571)基于衍射光信息提取的角加速度测量系统设计与构建 17123212）转动惯量测量装置 18161033）动态扭矩加载激励源设计 1931940第6章总结 1934751.降低外部干扰，提高装置标准量的精确度，提高校准的精度。 20第1章绪论背景和研究意义背景扭矩实时监控是用来反映汽车转动工作系统中各种工作状态的重要控制参数之一，扭矩实时监控已经应用于航空飞行、载运工具、机械设备等众多领域中。随着更多高温、高污染高辐射等恶劣工作环境的出现，非接触、小型化、无源化的扭矩测量技术已经成为了该领域的发展趋势。扭矩转速传感器，又称机动力学扭矩转速传感器、扭力转速传感器、转矩转速传感器、扭矩仪，分为扭矩动态式的扭矩和驱动静态式的扭矩转速传感器两者三大类，其中扭矩动态仪和扭矩转速传感器又有时也被我们称做转矩仪和转速速度传感器、转矩仪和转速速度传感器、非机械接触式的扭矩转速传感器、旋转仪和扭矩转速传感器等。扭矩感应传感器主要定义指在各种方向旋转或不同的方向旋转式运动机械零件上都能进行对运动扭矩的精确感知。根据动态扭矩测量对工业产品的质量控制以及动力机械工作状态监测的重要意义，针对扭矩传感器校准“静标动用”的局限性，进行基于衍射光信息提取技术的动态扭矩溯源关键技术研究，通过圆光栅衍射光的多普勒频移获得角加速度，通过线性递归的方法确定扭矩传感器本身的有效转动惯量，在此基础上设计并构建动态扭矩校准系统，为解决动态扭矩校准中的有效溯源问题，为建立扭矩传感器的动态校准技术规范奠定基础。研究意义扭矩转速传感器系统是一种专门设计用来用于检测机械扭矩、转速和其他各种机械动力，作用运动功率的高标准精度自动测量控制仪器，被广泛应用于各种智能电子机械动力系统驱动控制装置系统中的各种智能电子机械动力系统驱动装置系统的智能优化控制设计以及各种智能过程控制。目前，国内外自主研制和生产的扭矩式传感器品牌数量繁多，从工作原理上来说,主要可以划分为应变型、磁弹性型、转角式和其他类别。应变型传感器是目前国内外市场上已知使用最多的一种传感器，它主要是一种采用应变片进行电子检测的技术,在一个弹性轴上构造一个应变桥，向这个应变桥上提供一个电源,便能够检测到该弹性轴上所有被称为受扭动的电信号。将该频率的高压应变信号进行高频放大后，经过低压频率的转换，变成了与扭矩应变频率成正比的高压应变信号[1]。其在动态扭矩拧紧装置的检查和监督中，动态扭矩传感器具有一个不可忽视的地位。随着各行各业对于整套滑动螺栓拧紧工艺的广泛关注和高度重视，对于整套拧紧螺栓工艺的质量管理标准的要求也已经不再仅仅单纯的是为了能够确定并且能够保障每次螺栓拧紧工艺中旋转扭矩和运动方向的测量参数精度准确可靠，而是为了能够对整套滑动螺栓系统在每一次拧紧过程中旋转扭矩及运动方向进行测量。它们对螺栓转子运动的角度实际情况的参数进行了精确定性的测量和控制。诸如通过对一个拧紧驱动装置在一个具有给定拧紧角度运动范围内的所有运动，可以用来实现的运动扭矩系数值及其进行角度数据采集，或者在一定的角度范围内从其中所有获得的运动扭矩系数值及其随一定角度范围运动频率变化的角度函数不受影响生成图像等，促使这种能够同时用来实现精确检测运动扭矩和拧紧角度这两个重要参数的扭矩传感器被广泛应用。近年来，对动态扭矩信号的测量的需求在增加，其校准技术也由静态向动态方向发展。对扭矩传感器施加负阶跃扭矩信号可以激发出传感器在全频谱范围内的响应，分析范围大。分别测量角加速度和转动惯量来获得扭矩的技术，能够解决动态扭矩量值溯源性问题，因而具有较大的应用价值和潜力，并成为扭矩传感器动态校准技术研究中值得关注的热点。但是，目前的技术仍存在一些局限。国内外研究现状1.2.1国外研究现状1982年前由日本福冈九州大学技术开发中心研制的新型带电磁头式横向扭矩压力传感器[2]。此类电磁传感器将两个铁氧化铜磁芯在两个轴线上合并使用氧化等离子的方法合并喷涂一小段磁芯紧致性的伸缩层，两个同时带有铜质铁芯被氧化的铁质磁芯轴线连接一起形成一个U型的电磁头与并将轴线转换成+45°。磁头两端到驱动轴之间线圈要保持相距一定的远,磁头上面要围绕着一定有多个线圈，这些环绕线圈就直接构成了整个桥式励磁电路的组成部分。采用这样的整体结构设计方式也就可以直接让整个扭矩检测传动装置都可以变得非常小巧，这种新型扭矩应力传感器的其他一个主要技术特点之一就是它不仅能够对传动应力敏感，因而被广泛地用来应用于各种粗短、笨重的扭矩传动轴和各种传动扭力大的机械轴上,且不必要地占用更多的部件空间。1986年9月Sasada等研究人首先成功地提出了用于Fe基板的非晶薄膜胶带直接在旋转轴两端表面上进行焊接黏贴,并将与旋转轴两端之间长度约45°##c夹角的八个十字形零件直接进行了焊接和布置。[3]其主要的工作原理就是由于转轴传感器在扭矩相互作用下,会在与非晶薄带转轴磁化为+45°的方向上对主应力进行磁致反应,再由电子磁致伸缩逆电子效应传感器驱动而产生一个各向特征的磁化力k,非晶薄带的磁化速度和频率将随之发生变化。通过计算就能够测得一台电动机磁导频率变化便可以求得一定的扭力。1987年日本九州技术研究所研制了用非晶态星形线圈制成的扭矩传感器[4]。此处扭矩强度传感器的主要功能之一就是把通过n束不同非晶态的极性金属电磁丝依次地紧紧串联在一起，并将其储存在一个安放于固定电磁轴上的一个n极性或环形电磁铁周围，他们不仅可以直接对其进行感应得到磁场强度的细微变化，与之后的振荡元件相互组合而成为多功能的振荡电路。扭矩时钟所产生的角位移信号会由基于磁场相对电位差的一种方式被一颗行星上的线圈驱动感应，最后由振荡电路以高频等离子或者低频振荡电压的一种形式驱动进行信号输出。1989年9月1日美国弗吉尼亚西蒙精密飞行器公司成功地进行了研究开发并通过自主创新设计研制，生产了一种新型号的通用相位光纤式和反射偏振扭矩式通用相位偏振传感器[5]，它的主要应用技术包括核心产品由偏振片、反射偏振片、透镜、光盘、光纤、频率测量仪和和各种通用相位运动测量仪器件等几大部分产品组成。它用一根轴向光纤电缆做为运动检测器的探头，接受检测到被光纤反射光发出来的电激光，然后按照一个轴向上弹簧的运动常数和弹簧相位差的误差公式来自动确定弹簧扭矩的波动大小。1.2.2国内研究现状最近几年有些新型传感器正在不断地进行开发与研制。如清华大学1999年自主研制的无线-有源声音表面波(SAW)扭矩传感器121就是其中一例[6]。该类型的传感器特点就是把旧的雷达识别技术和新的SAW传感器有机地紧密融合在一起来。像是使用电阻驱动应变型扭矩传感器那么，也就是通过驱动测量与旋转轴运动成45*个扭矩方向上的电阻应变扭矩传感器是用来直接驱动完成旋转轴相对扭矩的运动测量。它主要部件包括圆形压电光刻基片、叉叉手指压电换能器(DT)、反射式光栅(R1-R3)三个大部分部件组成，并且全部采用了压电光刻、真空镀膜等先进制造生产工艺。其中的工作基本原理其实就是通过运用被观测反射粒子SAW波的两个相对加速度随着一个应变前后反射产生的扭矩改变而直接用来测得相应扭矩系数值的应变大小。国内外关于运动扭矩结合计量的创新校准相关技术应用研究正在沿着超大运动扭矩、微小运动扭矩结合计量的创新校准应用技术研究方法与校准设备的创新发展应用方向不断推进。法国公司LNE的200kN.m自动扭矩压力标准计量设备，原来主要用途是为用于法国电力公司的一种计量自动扭矩压力传感器而进行设计和开发制造，现已逐渐发展逐步成为用于法国公司计量大动力扭矩的一种工业标准计量设备，同时也已经发展成为了用于全世界广大范围内各国相互比对的大量电力工程量的标准计量设备。[7]标准柜扭矩误差传感器电控柜扭矩误差传感器自动校准系统的主要基本工作机和其原理概述介绍如下：在校准系统中所需要进行的各种电动力学扭矩测量、校准操作过程中，计算机向每台电控柜主机发出一个感应指令，通过感应力臂和传动杠杆相互作用的力来根据所需要测量的扭矩产生一个超出标准的感应力矩，借助于标准力矩误差平衡装置它就是一种可以按照该系统中所规定的测量顺序，自动、平稳、准确地把其标准的相互作用力矩和感应平衡力矩分别投放在一个被校的标准扭矩误差传感器上，标准感应力矩和作用平衡力矩之间的误差读数如果相差为此值即为该标准扭矩误差传感器所要测量的力矩误差。国际标准的新型扭矩式压力传感器自动校准控制系统产品可以同时具备数据实时性好、数据采集准确率高、费用少、成本低、容易安装维修、调试简单运行方便等特殊应用功能。本文的主要工作本课题是对基于衍射光信息提取的动态扭矩校准技术研究，建立可实用化的扭矩传感器动态校准系统，对扭矩传感器进行动态校准。本文主要研究内容如下：1．研究动态扭矩测量技术的国内外研究现状；2．研究扭矩测量原理；3．研究动态扭矩校准的两大关键技术：角加速度的动态测量和转动惯量的测量；4．设计基于衍射光信息提取技术的动态扭矩测量校准系统，分析系统能够达到的性能指标参数。扭矩测量原理我国目前扭矩校准工作中,可分为静态扭矩和动态扭矩两种，静态扭矩一般指在施加扭矩的过程中应平稳,不带有冲击性和扳动，动态扭矩是指从气动、液压、电动为动力,对扳体施加扭矩,带有冲击扳动性的动态中,测量扭矩值。2.1静态测量扭矩测量作为机械工厂生产场地中大多数机械设备的主要被作为检测测量对象。扭矩系统可以大致划分成上为两下三大类，静态轴向扭矩或者者说是一种动态轴向扭矩。用于自动控制汽车扭矩的驱动测量方法主要依据可以进一步将其划分表现为逆驱动扭矩和三轴联机式驱动扭矩测量两类。被测量检测所得到最大扭矩的不同种类以及目前市场现有的各类扭矩传感器，对所有的检测所得到的扭矩数据是否准确性及其所占的需要进行测量的时间费用都可能具有重大的实际影响。在我们所需要讨论的这种静态和动态扭矩之间的区别中，最容易理解和入手的方法就是要先了解到静力和动态扭矩之间的区别。简而言之，动力就是包含一个加速度，而静力却不包含。动力与加速度关系可用一个描述式来称为牛顿第二定律：F=ma(动力等于一个物质的质量乘以它的加速度)。[8]我们只能明确说这个扭矩指的是一种物体旋转或者通过特定的运动距离所能够发出的驱动力。根据前面的一些重要讨论，它被人们普遍认为可能是一种静止动力，如果它不能达到作为一个特定角度的加速度。时钟运动弹簧所受的需要同时施加的运动扭矩即是一个静态运动扭矩，因为这个时钟运动弹簧本身不会停止旋转，因而也就不会保持有一个呈直角的运动加速度。若在一个传动扭矩轴上连续进行高速测量传动扭矩，那几乎一切都会被转变成一个非常静态的测量扭矩。霍尔扭矩传感器测量原理：将专门使用的测扭式应变片或测扭胶粘附于被检测的弹性轴上并连接到其中组成一个应变桥，向其中的电动机提供一个电源便可以检测得该弹性轴所受扭矩的相关电信号。将该应变信号进行放大后，经过高压/频度的转换，变成一个与扭矩应变成反比的频率信号。本系统的能量输入和信号传送功能主要由两组带有间隙的环形变压器共同承担,因此我们实<br>现了不相互接触的能量和信号传送功能。它的特点有:1.既同时的它可以被作用来用于测量齿轮动和以及静止的轴向扭矩,也同时可以用来用于测量转矩以及旋转的转矩;2.既使我们可以直接用来测量静态扭矩,也使我们能够直接用来测量动态扭矩;3.检测精度高,稳定性好;抗干扰性强;4.体积小,重量轻,多种可以安装的结构,易于进行安装和使用;5.无须反复地调零,便能连续地测量出的正、反转的扭矩;6.没有导电环等的高高磨损性零部件,可以在高转速条件下连续进行长一段时间的高速运行;7.该传感器将高电平频率的信号输入到计算机中，可以直接发送到计算机中进行处理;8.测量时间当弹性体的机械强度最高时使它能够永久承受100%的压力过载。2.2动态测量扭矩传感器在动态加载时的测量结果很有可能会与静态时不同，现有的是描述传感器性能的一个重要参数,如线性误差(内插误差)、重复性等,无法充分描述和评价传感器的动态性能。[9]应用动态高速扭矩定位传感器通常被广泛用来用于检测运动扭矩和在剧烈运动的各种应用场合，需要对输入扭矩和运动扭矩系统进行运动实时扭矩扑动捕捉,例如拧紧机、电动机械扳手、发动机系统输入输出扭矩、驱动力系统输出输入扭矩、钻杆等等产生运动扭矩。动态弹性扭矩检测传感器系统能够准确地自动检测接受到该运动弹性体沿轴运动所受到力扭的各种动态和动静电信号，是因为采用自动应变系统电力学启动检测系统技术，在一个弹性轴上直接构造了一个应变电力桥，从而为发生应变后的桥启动供给额定电源。将高压信号频率进行快速放大后，经过了对高压应变频率的快速转化，变成了与高压应变器的频率转化成正比。扭矩仪表还包括自动扭矩速度传感器及配套的自动指令扭矩仪表。扭矩运动传感器从其运动测量的力学原理上来说，主要类型可以分别划分三类为轴向相位运动误差型、磁应变弹性应力模拟和轴向应变弹性模拟。相位差型接地扭矩测量传感器对于各种环境的定位适应性差，磁性和弹性型相位扭矩测量传感器的定位精度和测量准确性都比较低,而动态应变型相位扭矩测量传感器却充分克服了。上述两种新型扭矩式压力传感器的一些主要技术缺陷，其主要的技术特点之一是那就是它们的传感元件设计结构简单、成本低、技术成熟，大量被广泛应用于各种类型的动和静态、动态的相位扭矩测量检测[10]。其中一种电感频率耦合器的传输原理是通过一个v/f频率变换将具有电压差的信号转换成电感频率从而信号通过耦合进行输出，直至信号达到这种传感器的一个静止工作区域，由于这种传感器通常处于非接触式的状态工作，所以不会因此发生相对导电电磁环的较大磨损，使用寿命也比较长，同时由于传感器的工作准确度和工作稳定性都比较好，抗干扰能力也比较强，因此被广泛的工业使用。本文在其中的两种仪表均部分选择用了动态输出扭矩信号传感器，用了高频电感器和耦合信号传输的工作方式,输出扭矩信号频率范围一般为5~15khz。(1)动态扭矩校准频率范围：(1~10)Hz(扭矩幅值误差±3%);(2)额定扭矩(峰值)：10Nm。第3章基于衍射光信息提取的动态扭测量3.1动态扭矩扭矩的实质,就是一种使得机械部件在运动时会产生一定的转动效果并且会伴随着一定的扭转而发生变形的一种力偶或者是一定的力矩。扭矩动力测量的主要研究工具和应用手段,按照其设计根据的基本力学原则大致来说可将其划分分别为正向能量扭矩传递法、平衡扭矩动力法和反向能量扭矩转换法三类,传统的扭矩传感器静态校准装置的原理是平衡力法,这个原理只评估了扭转变形,而未考虑转动效应,无法测量动态扭矩,也无法对扭矩传感器的动态特性进行校准。对扭矩传感器施加负阶跃扭矩信号可以激发出传感器在全频谱范围内的响应，分析范围大，对传感器加载不同频率的正弦扭矩信号可以测试传感器在不同频率下的响应特性，施加负阶跃或正弦扭矩信号的方法虽然能够对扭矩传感器的动态响应特性进行测试，但由于这两种方法动态过程中都缺乏经过有效溯源的的扭矩量值，因此这些测试和分析只能停留在定性阶段，不确定度较大。相比于上述方法，分别测量角加速度和转动惯量来获得扭矩的技术，能够解决动态扭矩量值溯源性问题，因而具有较大的应用价值和潜力，并成为扭矩传感器动态校准技术研究中值得关注的热点。但是，目前的技术仍存在一些局限。首先，在动态角加速度测量方面，目前的技术有的难以兼顾响应速度和测量精度，有的系统结构复杂，容易受到震动等因素的干扰。BRUNS等基于激光干涉仪，通过测量圆盘光栅透射光的相位变化来得到角加速度。[11]这种方法难以兼顾测量精度（光栅刻线数密度高，需响应快）和响应速度（光栅刻线数密度低，要牺牲精度）两个方面；史慧等基于双光栅叠加产生的莫而条纹来解算角加速度，对动态扭矩校准中的角加速度动态测量进行了研究，这种方法系统结构复杂，可靠性不高，容易受到轴系震动等因素的影响。[12]其次，在扭矩转动惯量测定方面,轴系中的各个部件,其转动惯量虽然都是能够被准确地测定，但是对于传感器本身,其转动惯性和刚度会与其他部件相互作用产生影响和耦合，以致很难识别并分离出扭矩传感器本身的各种动态扭矩测定特性。ZHANG等人利用激光干预测量仪来搭建一种周期性的扭矩激励设备，为扭矩传感器中各个动态参数的检测提供了量值可溯源。[13]动态扭矩校准的基本概念可概括为：旋转谐振激励和转动惯量。当轴系中的摩擦阻力可忽略不计时，作用于传感器的扭矩由连接到测量端的转动惯量J与相应的角加速度的乘积计算出来：QUOTE（3-1）3.2研究动态扭矩校准的两大关键技术3.2.1角加速度动态测量原理在旋转轴系中加入衍射圆光栅，并使测量光束通过该光栅，衍射光中将产生一个与转速相关的频移，测量该频移即可得到转速（角速度）的数值。旋转式光栅在其中产生频移的工作原理大致如图3-1所示,当一束入射式激光辐照到一个衍射性的圆光栅上时,通过该光栅而输送出的光束除原来发射方向的零级光外,还将在其中产生±1、±2、…、±n级衍射光，可以证明，当光栅旋转时，除零级光之外的各级衍射光都将产生频移。它的第N级衍射光的频移量可由下式表示：（3-2）图3-1激光束在圆形的光栅中经过一个小型的衍射光其中为衍射光的等级，为一个圆盘光栅的转速，而则表示的是圆盘光栅的总时间和刻线系数。各级衍射光的频率是增加还是衰减，将将直接影响到旋转光栅的移动和方向。在图3-1中所示的情况中，+1级衍射光的光频将比入射光光频（或零级光光频）高的数值，而-1级衍射光的光频则相反，偏低一个的数值。例如用一个普通的刻线数为7560条的圆盘光栅，再由一个一般的转速为3000r/min的同步马达带动，则正负1级衍射光可各频移378kHz。一般采用正（或负）1级光作为测量的入射光束。对一般旋转光栅来说，激光束通过后，均是零级光最强，1级光次之，两束1级光比较弱，所以效率较低。要解决这一问题，可以专门刻制闪耀光栅以加强1级衍射光光强，减弱零级光，提高光学系统效率。由（3-2）可知，角速度，其中转速的单位是r/min，角速度的单位为rad/s。将上式两边求导数，即可得到动态角加速度的数值。3.2.1转动惯量测量原理目前世界上测量旋转惯性运动的方法主要有多种，最常见的方法有扭摆法、复摆法、三线摆法等，其中扭摆法则是目前最常用的一种测试方法，测量的精度相对比较高。它的主要错误因素是空气和轴承之间的摩擦力，可采用气浮轴承、电磁轴承等方法来减小摩擦，进一步提高测试精度。本工程拟采用扭转摆动法进行测量。如图3-2所示为扭摆法示意图，被测物体和弹性元件共同组成一个定轴扭摆振动装置。扭摆振动的运动模型为：（3-3）式（3-3）中：-装置自身对转轴的转动惯量；-弹簧的弹性系数；-阻尼，包括空气阻尼和轴承阻尼；-转轴的角位移；-轴承阻力矩。112341、被测物体2、托盘3、扭杆4、底座图3-2扭摆法示意图令，,称为阻尼比。则式（3-3）可以写为：（3-4）一般情况下空气阻尼和轴承阻尼都很小，令，所以式（3-4）可写成：（3-5）则：由此可得：（3-6）系数为常数，由标准样柱标定可得，则待测弹箭的转动惯量可由下式得出：（3-7）式（3-7）中：为一个空载的运行周期，由被测设备本身所决定；-加载样柱后测得的周期；-加载待测物体（砝码）后测得的周期；-标准样柱的转动惯量，为已知值；3.2.3扭矩传感器有效转动惯量的确定轴系中各个部件的转动惯量都可以用本节描述的方法准确测定，然而与静态加载时不同，扭矩传感器自身的转动惯量也对与测量单元耦合的扭矩有贡献，且该惯量并不是传感器的全部转动惯量，因此无法事先测定，本项目拟采用如下方案确定扭矩传感器有效转动惯量：接入传感器后，轴系中作用于传感器测量单元的转动惯量为（3-8）其中为轴系中各个部件的总转动惯量，为扭矩传感器的有效转动惯量。调整激励源，使轴系在固定的周期和摆角下往复振动，即轴系的角加速度呈现固定的周期性变化，设扭矩传感器在测量范围内线性良好，扭矩传感器的读数和角加速度均取峰峰值，则有：（3-9）将、看作常量，看作是的函数，其曲线为一条直线，加载一系列惯量已知的砝码，，i=1、2、...、n，n大于等于3，根据n个测量点的数据，可以拟合出一条直线，如图3-3所示图3-3通过测量不同的确定传感器有效转动惯量假设令，则此时传感器的有效转动惯量应该被抵消，传感器的读数值应该为0，因此逆向延伸图所示的一条直线，与x轴相交的点值即为。第4章动态扭矩传感器校准技术方案4.1利用传统送检校准（实验室校准法）根据各种扭矩运动传感器的各种结构特征，校准的各种方法大部分都指的是将它们直接送到运动计量机的实验室，对其传动进行各种扭矩的和静态的传动标定，比较成熟的一种就是在制动力臂上用力在杠杆附近精度增加一个标定砝码，其主要的标定原因之一可能就是这种传动标准使得杠杆的传动质量和标定精度很高、稳定性强。中航飞机工业公司成都中航飞机制造工业(中航集团)股份有限责任公司熊俊、胡斌研制了一种静重式自动标准飞机扭矩角度传感器自动校准扭矩系统，该自动校准扭矩系统以飞机砝码、杠杆部件为工作基础计算产生的各种标准运动力矩，配以标准力矩自动平衡装置，由电脑自动准确处理角度数据并及时准确给出各种角度相应的力矩测试试验结果分析报告[14]。校准系统的整体结构主要由自动杠杆校准系统、砝码自动加载平衡装置、砝码、力矩自动平衡装置、电脑、电控盒、机座等等组成。标准的工作作用扭矩误值传感器误差校准系统基本设计工作控制原理如下：在系统中对力矩进行检定、校准等操作过程中，计算机向每台电控柜的各个主机发出一个测量指令，通过计算机测量力臂与传动杠杆相互作用效应来根据所测量的力矩产生一个超出标准的感应力矩，借助于计算机对标准的力矩误差均匀平衡装置它就是一种可以按照系统中所规定的测量顺序自动、平稳、准确地将其标准的作用力矩和感应平衡的力矩分别安放在一个给予被校的传感器上，施加给予被校的标准扭矩误差传感器上，标准的感应力矩和其他作用平衡力矩之间的误差值读数如果相差为此，即为该标准扭矩误差传感器所要测量的力矩误差。国际标准的新型扭矩式压力传感器自动校准控制系统产品可以同时具备数据实时性好、数据采集准确率高、费用少、成本低、容易安装维修、调试简单运行方便等特殊应用功能。4.2动利用态加载对扭矩传感器进行校准一种新型的数控扭矩制动传感器标准校验仪系统为了能够使我们同时能够在各种需要动态扭矩加载的条件情况下，对各种扭矩制动传感器中的信号分别进行高速实时自动校验。燕山大学张玉存、李群先生等人设计了一种新型的数控扭矩制动传感器标准校验仪[15],该校准试验仪系统采用了一种虚拟自动化的校验仪器管理技术，使得这种校验仪器更加安全具有灵活、可以自己进行选择、具备强大的自动数据处理和自动分析控制功能、易于实现嵌入自动到位和数字自动补偿等多种特性，通过手动控制磁粉嵌入制动器，使得这种扭矩制动传感器信号和校验仪不仅能够分别具有灵活多变的自动加载控制模式，并且能够采用基于PDD的手动控制加载模式，从而克服了磁粉嵌入制动器以较低加载速度时的不稳定。扭矩制动传感器精度校验仪的主要设计和工作基本原理之一就是首先把一个用于标准的压力扭矩制动传感器元件存放到一个安装在被标定测量点上的扭矩制动传感器上的正确位置，标定一个适应力扭矩制动传感器上的位置为标定一个扭矩制动传感器,用于安装一个用于标准的磁粉式扭矩制动器上。记录一个由磁粉式扭矩制动传感器插入电流扭矩控制器电压输出的插入电压额定值和其绝对相应的压力扭矩传感器的插出输入值，以及其相对的适应力扭矩传感器的插入输出电压值，然后我们利用最/j.,-1的乘法方程来给模拟出适合最优的扭矩曲线，找出它们之间的曲线距离函数关系。将那些标准主动传感器全部拆除，再把那些受限于检测负载扭矩的主动传感器直接放置于被动的检测位。通过已经开始寻找的这种计算曲线相互关系我们就已经可以直接计算出来得出被自动检测到的扭矩压力传感器的两个输入值，然后跟被自动检测到的扭矩压力传感器的两个输入值分别进行了比较计算和校验。通过直接控制一个磁粉加载制动器所加载需要的一个输入输出电流，从而直接实现了通过改变磁粉加载运动形式的工作目标。它不仅能够直接让带有扭矩校验传感器的扭矩校验仪能够处于一种动态的在工作运行状况下的扭矩校验，是对较于传统的在静态下的扭矩校验工作方法来说提供了一种新颖的校验选择。4.3利用磁悬浮效应微扭矩校准它主要广泛适用于对微小运动扭矩的高速测量，并且同时具备扭矩测量时的精度高、分辨率高和测量不确定性小等诸多优点。常规电子扭矩精量传感器精度校准仪往往用的是直接采用通过悬臂梁直接增加测量砝码的机械结构，其操作结构简单，，稳定性强，但也可能会同时存在摩擦阻力矩等诸多影响精度因素，难以完全能够满足微电子扭矩精度传感器的自动计量精度校准。国家通用电机与传动机械设备零配件行业产品质量安全监管监督检验中心徐君等负责人先后成功提出了利用磁悬浮运动效应嵌入式微运动扭矩压力传感器测量校准仪。[16]这种扭矩校准仪主要是在原来的运动悬臂梁架上增设了横杠杆杆和加重扭矩砝码检测结构的基础上，竖向两侧放置起了扭矩运动传感器，并且充分采用了自动磁悬浮式传动结构、纯净的扭矩运动加载检测方式和采用轻质的金属复合材料，极大地有效消除了摩擦阻力矩等其他严重干扰运动因素对所带来的扭矩负面影响，提高了扭矩检测工作精度。待手动校准的微重式扭矩速度传感器需要经由驱动力臂的定位块和抱紧件分别用手动将其固定到基础底座上，转轴上方分别设置一个驱动力臂，两根导轨对称地分别被固定在一个基础支架的底座上，并且一定要求在上面分别有一个位置地安装一个同时能够顺着两根导轨上下两个方向自由移动的圆形轴承架，弧形轴承架上方两侧应分别安装一个微型弧形轴承。引线紧紧围绕连接着力臂结构呈一个圆弧形的端面上部，并将其被悬挂在一个微型弧形轴承上，一端被力臂固定在一个驱动力臂上，另一个两端则被力臂固定以作为一道驱动砝码，力臂的结构中心的两处内部磁铁与一台电动机的内部力量在臂结构中心的两处内部磁铁之间基本是相互作用吸附的，调整一台电动机内部磁座的高度以便能够改变一台电动机承受磁力的运动大小，进而可以促使一台电动机整个力臂结构处于水平悬浮的运动状态。基础底座上方应有一个可以调高的力臂支撑架和手足，调节整个力臂结构上升到相对垂直或横向水平的支撑位置,校准的工作原理和静重式力臂标准固定装置中的在悬臂梁两端增设一道砝码的手动校准工作原则基本是一致的。4.4扭矩式传感器不同时期的校准方式和优势扭矩传感器是目前在我国机械和工程自动化应用中极为灵活敏感的测量手段和仪器之一，扭矩传感器实际操作的精度通常都要求得相当严格。于是我们就将新购买的这种扭矩式传感器校准为这个问题,却又无法被忽略了。扭矩传感器按其校准的方式大致可以分为许许多多的校准模型，各种类型的校准模型都具有着不同的性能特点和优势。[17]我们也可以选择不同的校正方式，在各种功率检测校正方法实验室或者测试平台现场上进行校正，校正传感器工作任务，像目前广泛应用于各种功率检测校正平台中的那样，一直都努力把测量和扭矩信号通过网络传输并送入实际应用中。最简单的就是将测量计数扭矩传递直接通过保存在传动轴体系内的扭矩传感器执行。这也就是在厂商的校准设备或者其它在实验室现场进行校准后在实验室里做出扭力和转速的传感器进行校准后提供的一个参考。对此视PTB校准书或者DKD校准书直至产品生产商和厂家检查简报的要求为止进行确定，可以适应所有各种等级认证。测试平台的校准系统具有以下三个主要优势：第一点就是在安装时测试平台设置状态和安装时所在平台设置状态之间的差异而导致影响消失。其二就是再校准系统通过快速的设计和实施方式来大大节省了时间，因为不必将所有的测试平台全部通过移动进行拆除，或者直接运输后送往外部进行现场校准的工厂和实验室，其三因为测试平台的广泛应用主要目的就是把它作为一种完整而又利益相关的测量方法和技术手段加以体现，它的干净利落和可追溯性都被认为是已经完全具备了相关技术资质的，使得现场进行再校准的合适性理念更加贴合了可以追溯的根据与基本原则，搞清了校准工作的精确性。扭矩传感器本身也就有一种被称之为动态校准的学习方式，它是作为狭义的一种动态校准必须清醒地可以看到，在我们进行扭矩校准时需要检测到的扭矩会随着运转时间慢慢发生变化，它在所需要的运转时间中会发生与所需要的扭矩运转速度相应。对此提出了一个新的设计要求,在扭矩连续发生变化的条件下，既需要设置可供参考的扭矩，又需要测量等待校准的传感器输出。这就需要我们特别重视其与测量工具的同步。此外，如果我们选择的不是与之相适合进行参考和校准的物体或者对象完全严格相同的类型放大器，那么该类型放大器信号移走时会对其产生各种扭矩而产生影响。不同信号走路上也许很可能会因滤波器的不同调节而产生不同的结果。杠杆手臂-质量-系统不能被当做参照扭矩来源。通常要求采用一种新型的扭矩控制参考仪和传感器。亦即我们同时也可通过这样假设，扭矩由一个径向轴的加速度相当于一个径向轴上已知的具有质量惯性矩的径向物体的重力进行计算就可以求得。往往我们通常也都是将一个人在旋转过程中所做的一些需要运动而进行的扭矩校准以及与其他动态需要进行扭矩校准这一形式相称或甚至还可能会导致使其他别人产生混淆，虽然一个人在旋转时所做的运动本身无论是对于静态的还是对于一个动态的都不能完全有任何决定性。然而，这种运动关系在一个某种程度上却是完全没有什么道理的，因为就是当一个动态泵和扭矩系统处于一个高速旋转运动阶段时，它们并不是完全被自动排除。在系统的运动行为控制模式的实际设计应用中，必须首先要对齿轮旋转时的校准扭矩值进行区别为等于静态轴向扭矩还是等于动态轴向扭矩。旋转时的运动静态校准模型表现了一个运动任务，对它不可能构成运动保险的一种运动行为校准模型。旋转时的这种动态转速校准较静态的又准更无助于用户减少额外的困难，技术上的状态只不过就是为了确认转速和驱动电流对旋转零信号质量产生的最大影响。第5章动态扭矩校准系统的方案设计5.1动态校准系统建立基于设计的动态扭矩溯源方法，将圆光栅加入旋转轴系，将圆光栅的衍射光引导进入激光多普勒测振仪的参考光路，通过激光多普勒测振仪提取衍射光中的多普勒频移信息，实现角加速度的动态测量。另外构建数据处理软件系统，配合加载多组惯量经过测定的砝码，确定扭矩传感器自身对动态扭矩的有效贡献，进而得到动态扭矩的准确量值。首先，研究动态扭矩测量原理，基于衍射光信息提取技术测量角加速度，结合轴系中各部件转动惯量的测定，达到动态扭矩的量值溯源的目的。采用激光多普勒测振仪作为提取衍射光信息的技术途径，构建完成测量系统，设计数据处理软件，确定扭矩传感器本身对扭矩的有效贡献，并最终得到动态扭矩的准确量值。该系统能够实现对动态扭矩量值溯源的自动化,对扭矩传感器的各个方面动态性能进行了测试。还将对不同类型的扭矩传感器进行实验,找出能够反映各种扭矩传感器的动态性能特征的关键参数。5.2基于衍射光信息提取的动态扭矩校准系统构建为了校准周期性加载下的扭矩传感器，需将传感器固定端安装于旋转激励上，将充分大的转动惯量连接至其测量端。这里的转动惯量为相对于传感器的测量轴为轴对称的质量分布。因为需要尽可能地减小摩擦对测量的影响，必须使用轴承来引导旋转运动。在周期性激励的运动过程中，驱动扭矩通过传感器传输到转动惯量并引起之前提到的角加速度。通过测量该角加速度和转动惯量，可由（3-1）式得到扭矩随时间变化曲线。1)基于衍射光信息提取的角加速度测量系统设计与构建为了实现对角加速度的精确测量，在轴系中加入圆光栅，随轴系一同转动，使用激光多普勒测振仪提取圆光栅的衍射光中的多普勒频移，由于是非接触测量，对轴系中的扭矩传递无