毕业论文：静态扭矩检测装置设计

在这种背景下，八十年代末美国率先研制成功虚拟仪器，虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器，虚拟仪器的出现是仪器发展史上的场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步产生不可估量的影响。

课题研究来源本课题来源于学院实验室项目静态扭矩检测装置设计，采用高精度扭矩传感器数据采集卡数据采集分析技术设计小量程的静态扭矩检测装置，具有定的先进性。

扭矩检测是种常规的机械产品性能指标检测方法，也是科研试验中经常用到的种检测手段。

但市售的成熟产品价格昂贵，或者采用悬挂砝码的方式检测，精度不高并且操作不便。

本课题主要设计种方便易用的静态扭矩的检测装置。

扭矩测量发展现状在生产和科研中，对机械设备扭矩的测量已经越来越重要，通过对扭矩的测量可以对机械设备的进步改进设计取得重要的现场参数，为改进设计取得全面的手资料。

其对生产及科研具有相当的重要意义。

目前，扭矩测量仪大致可分为以下几种应变扭矩测量仪，相位差扭矩测量仪，振弦式电容式磁弹性式测量仪。

由于各种扭矩测量仪的测试方式不同，使得其应用范围不同。

扭矩测量技术的发展取决于传感器信号传输和测量仪的研究。

目前，由于微机的应用，扭矩测量仪性能大大提高，而传感器的研究与测量仪相比稍有逊色。

因此必须加强传感器的研究，这就要从传感器种类精度规格安装信号传递等方面加以研究。

目前传感器主要发展动向为传感器从介入式发展成不介入式。

以往扭矩传感器大部分属于介入式，即必须作为传动轴部分才能使用，这样限制了它的应用范围，般用于实验室台架测量。

现在逐渐推广的卡环式应变型扭矩传感器，即为不介入式扭矩传感器，只要将传感器卡在轴上或安装在轴边，无须断开轴系，这样给实际工况测量扭矩带来很大的方便。

再如振弦式传感器磁弹性传感器都属于不介入式扭矩传感器。

对新型扭矩传感器的研究的同时并对经典扭矩传感器加以改进。

随着新原理新材料的发现和微细加工微机械加工技术的发展和应用，正在促进传统传感器的变革，新型磁弹性传感器和光纤扭矩传感器结构简单使用方便，代表扭矩传感器的新动向。

在信号传输方面，以往采用的是接触式滑环传输，这种传输方式易磨损需常清洗安装难，容易引入干扰信号。

近期推出的传感器般均为无接触式传输。

如感应方式或遥测体制，它克服了接触式传输的缺点。

随着检测变换集成化和多功能化，将过去先检测传输后对信号进行变换处理的概念演变为先检测变换处理，后再进行传输，这变更已成为可能。

扭矩测量仪的智能化微机化是当今测量仪变革的主流，单片微机和软件的开发应用已使信号的检测采集比较相关数字滤波域间变换逻辑和函数运算程序给定和反馈控制等功能由仪器本身来实现成为可能。

软件扩展了结构的性能限制，并使仪器具有智能化。

既能适应被测参数的变化来自选量程自动补偿自动校正人机对话自寻故障，并能方便的与总线接口，进行多台联机通信及控制。

在扭矩传感器信号传输及测量仪的总成上，工业化扭矩仪研制的呼声愈来愈高，改以往扭矩测量仪多半应用于实验室台架测量的情景。

工业化扭矩仪的要求是必需满足苛刻的工业应用环境，即可靠性要高，重复性要好，价格要低廉，与机器匹配，安装方便，但精度要求不高，用其作为指导生产保护机械不受损伤的有效手段。

虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制数据分析和显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。

目前，虚拟仪器在设计生产使用已经十分普及，很多企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。

课题研究的内容和方法课题研究内容拟采用高精度扭矩传感器数据采集卡数据采集与分析技术设计静态扭矩检测装置，主要设计内容包括检测装置机械结构设计主要考虑传感器的选型传感器的固定安装结构，检测系统与被测件的接口设计在满足功能要求的前提下，兼顾机械机构的外观造型和易操作性。

传感器采用型旋转式传感器，此传感器转速采用旋转编码器的方式，它具有高频响分辨率能力高抗振动耗能低性能稳定可靠使用寿命长等优点，适合转速低且要求转速测采集系统的核心技术数据采集原理进行了阐述。

最后根据课题要求，设计了的前面板和程序框图。

第五章实验本次静态扭矩采集实验是在实验室的工控机上完成的，主要内容是采集卡传感器转换器工控机等之间的连接和基于数据采集系统对扭矩的采集。

仪器连线仪器之间的接线主要是对采集卡传感器转换器工控机等功能引脚的连接。

本次实验用到数据采集卡转换功能，通道即最后个引脚能满足此要求，可以从此通道引线。

型旋转式传感器输出的是频率信号，须经转换器将频率信号转换为电压信号，传感器信号线要与转换器相连。

转换器再与工控机相连。

最后传感器还需要用到的开关电源供电。

仪器之间的连接图如图所示。

图仪器之间的连线数据采集接线结束后检查无误后，之后就可以开始运行程序，进行数据采集了。

点击前面板开始采集按钮前要先对采集卡进行参数的设置，主要是对采样速率通道增益的设置，本次实验采样速率值为，选择通道增益值设为。

采集卡参数配置好后，还需要设置电压和扭矩的函数关系，系统采集进来的是电压值，前面板显示的扭矩值，需要建立扭矩和电压的线性关系。

根据转换器输出信号可以得到扭矩和电压的线性关系为，所以在前面板数值输入框中分别输入的值为和，参数都配置完后，就可以点击开始采集按钮进行数据的采集。

数据分析点击开始采集后，就可以在检测装置上进行扭矩的加载，此时在前面板的波形图中就会显示采集到的扭矩曲线，它代表采集到的扭矩值从不稳定到稳定的上升过程，最后在个稳定值上下做很小的波动。

本次实验用的重物分别在量尺处加载，并在量尺两端对称位置分别加载，实验完成总共得到组数据值，在处加载重物采集到的扭矩值波形图如图所示。

实验结束后，图正向加载扭矩值波形图可以对采集到的数据进行保存，还可以以的形式生成报表进行保存或打印。

图为在量尺图负向加载扭矩值波形图对称位置处采集到的扭矩值波形图。

表为量尺处及其对称位置采集开始到结束采集到的扭矩表采集开始到结束采集到的扭矩值变化正向加载扭矩变化值负向加载扭矩变化值续表表值变化。

我们在量尺的地方加载了的重物，根据扭矩公式，得到的理论扭矩值应该为，而实际采集到的扭矩值大致在之间波动。

误差为，在技术要求的误差范围之内。

实验结论静态扭矩检测实验，结合了扭矩的机械加载和采集系统的应用。

在实验过程中，各个仪器之间的连线要谨慎，对照系统连接图逐个检查连线，在实验开始前要用万用表检查传感器两端的电压是否符合要求，如不符合要求应立即停止实验，重新检查连线，当电压符合要求后才能开始实验，这样就可以避免传感器和数据采集卡在实验操作不当时被烧坏。

扭矩的机械加载需要特别注意，应尽量使其稳定，不应该出现左右摇摆的现象，这样可以使采集到的扭矩值更加接近理论值，减小误差。

在实验工程中采集了几组数据，误差基本在之内，基本符合技术要求，也有几次实验在误差范围以外的，可能和加载重物有关。

本章小结本章主要是实验的验证，内容主要是仪器之间的连接，数据的采集，对实验采集到的数据进行误差分析，最后总结了实验中应注意的事项。

第六章结论及建议研究结论扭矩检测是种常规的机械产品性能指标检测方法，也是科研试验中经常用到的种检测手段。

静态扭矩检测装置的设计充分利用了虚拟仪器的特点，开发了套基于的数据采集与处理系统，主要研究内容和结论归纳如下根据传感器的尺寸形状设计了检测装置的机械结构，包括传感器的固定安装结构和检测系统与被测件的接口设计。

传感器输出是频率信号，而采集卡采集的是电压信号，在它们之间用芯片制作了转换器，实现了频率到电压的转换。

根据采集需要选择了研华的数据采集卡。

设计了基于的数据采集与处理系统，程序设计主要是前面板的设计和程序框图的设计，通过人机界面与程序实现对数据的采集和保存，并可以生成报表进行保存或打印，还可以进行对实验数据的历史查询。

建议和展望针对本次课题，由于个人能力及时间有限，深感有很多问题还待进步研究和完善检测装置的机械结构只做了理论上的设计，没有真正加工。

本次主要检测静态扭矩，通过组装检测装置的机械结构可以实现对动态扭矩的检测。

数据采集系统方面实现对数据的分析。

数据采集误差控制在更小的范围内。

参考文献曾国华旋转轴扭矩测量方法研究机械加工与自动化，汪诤，潘丽华扭矩测量技术浅谈甘肃科技梁卫华，常汉宝，刘镇基于多传感器信息融合的旋转机械扭矩测量方法的研究上海海事大学学报，陈兵，王东兴，吴永根，张路军旋转轴扭矩测量装置研究烟台大学学报陈立剑，张丽于，海宁扭矩转速测试平台的研究及应用船电技术朱春梅，王朝霞，胡啸峰回转机械扭矩测量系统设计煤矿机械家全用静态扭矩测试仪测试动力工具的方法汽车工业与材料，泮健，洪熠，施光林微扭矩数据采集与分析系统计算机测量与控制，万德安，章阳宁，刘春节种高精度扭矩传感器结构的设计与分析机械工程师，朱启荣，杨国标基于电阻应变计的扭矩测量系统设计实验技术与管理白云，高育鹏，胡小江基于的数据采集与处理技术西安西安电子科技大学出版社，张重雄虚拟仪器技术分析与设计北京电子工业出版社，申炎华，王汝杰，雷振山入门与提高范例教程北京中国铁道出版社，龙华伟，翟超，胡冬青，王蓓，方俊伟基于的步进电动机扭矩测试系统计量学报杨振江转换器接口技术与实用线路西安西安电子科技大学出版社，齐永利，鲁云峰，刘鸣频率电压转换器原理及应用国外电子元器件谢自美，罗杰，赵云娣，杨小献电子线路设计实验测试武汉华中科技大学出版社，康华光，邹寿彬，秦臻电子技术基础北京高等教育出版社，潘新民，王燕芳微型计算机控制技术实用教程北京电子工业出版社，肖忠祥，孟开元，尚海燕，金树波数据采集原理西安西北工业大学出版社，张桂香计算机控制技术湖南湖南大学出版社，邵钟武，柴勤忠，马晓敏数据采集系统山东石油大学出