电机扭矩测量方法详解：三种主流技术方案对比
电机扭矩测量方法详解：三种主流技术方案对比
电机扭矩是衡量电机性能的重要指标之一，准确测量电机扭矩对于电机的设计、生产和应用都具有重要意义。本文将介绍三种常见的电机扭矩测量方法：应变片式扭矩传感器测量法、磁弹性扭矩传感器测量法和测功机测量法，帮助读者了解不同测量方法的原理、操作步骤和适用范围。
应变片式扭矩传感器测量法
- 选择合适的应变片式扭矩传感器，其量程要根据电机的扭矩范围来确定。
- 将传感器安装在电机轴和负载之间，确保连接牢固。对于高精度测量，需要保证传感器的轴线与电机轴和负载的轴线完全重合，以避免产生附加的弯矩。
- 连接传感器的信号输出线到扭矩测量仪表或数据采集系统。启动电机，当电机输出扭矩时，传感器将扭矩信号转换为电信号，测量仪表或数据采集系统会根据预先校准的关系计算并显示扭矩值。
原理
应变片式扭矩传感器基于材料的应变效应。当电机轴受到扭矩作用时，轴表面会产生应变。应变片被粘贴在电机轴表面或特制的弹性轴上，应变片会随着轴的应变而发生电阻变化。通过测量应变片电阻的变化，利用惠更斯电桥等电路将电阻变化转换为电压变化，再经过信号处理和校准，就可以得到扭矩值。
适用范围和精度
应变片式扭矩传感器精度较高，一般可以达到 ±0.1 - 0.5% 的精度。它适用于各种扭矩范围的电机，从小型微电机到大型工业电机都可以使用。不过，这种传感器的安装和校准要求相对较高，而且应变片容易受到环境因素（如温度、湿度）的影响。
磁弹性扭矩传感器测量法
- 根据电机轴的尺寸和扭矩范围选择合适的磁弹性扭矩传感器。
- 将传感器安装在电机轴周围，确保励磁线圈和检测线圈的位置准确。传感器与电机轴之间一般不需要物理接触，但要保证足够近的距离以有效地检测磁通量变化。
- 连接传感器的信号输出端到扭矩测量设备。启动电机，当电机输出扭矩时，传感器产生相应的电信号，测量设备根据校准关系计算并显示扭矩值。
原理
磁弹性扭矩传感器是利用材料的磁弹性效应。当电机轴受到扭矩作用时，轴的磁导率会发生变化。在轴上或轴附近安装有励磁线圈和检测线圈。励磁线圈产生磁场，当轴的磁导率变化时，检测线圈中的磁通量发生变化，从而产生感应电动势。感应电动势的大小与扭矩成正比，通过测量感应电动势就可以得到扭矩值。
适用范围和精度
磁弹性扭矩传感器精度通常在 ±0.5 - 1% 左右。它的优点是非接触式测量，不会对电机轴的转动产生额外的阻力。适用于各种恶劣环境下的扭矩测量，如潮湿、有油污的工业环境，而且能够适应高速旋转的电机。
测功机测量法
- 根据电机的功率和扭矩范围选择合适的测功机，如小型电机可以选择磁粉测功机，大型电机可以选择电力测功机。
- 将电机与测功机连接，对于旋转电机，要确保轴的连接同心且传动可靠。
- 启动电机和测功机，通过测功机的控制系统设定负载条件，使电机在不同的负载下运行。测功机可以同时测量电机的扭矩、转速、功率等参数，并通过仪表或数据采集系统显示出来。
原理
测功机主要有电力测功机、水力测功机和磁粉测功机等。以电力测功机为例，它可以作为电机的负载，同时测量电机的扭矩和转速。电力测功机的电机定子可以自由摆动，当电机运行并输出扭矩时，会使测功机电机的定子产生一个与扭矩大小相等、方向相反的转矩，通过测量定子的扭转角度或作用力，就可以得到电机的扭矩。
适用范围和精度
测功机测量精度因类型而异，电力测功机精度较高，一般可以达到 ±0.2 - 0.5%。它适用于对电机性能进行全面测试，包括扭矩 - 转速特性曲线的绘制等，但测功机价格相对较高，占地面积较大，对于一些小型实验室或现场测试可能不太方便。