首先，讓我們了解什么是扭矩？

扭矩是圍繞軸的扭轉(zhuǎn)力或轉(zhuǎn)動力，可以順時(shí)針或逆時(shí)針方向施加。一個(gè)很好的例子是車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員向方向盤施加力，該力直接向轉(zhuǎn)向柱施加扭矩。該扭矩是由駕駛員手的力和手與車輪中心的距離共同產(chǎn)生的。

扭矩是力和長度的函數(shù)（稱為力矩或力臂），這在我們簡單的“蹺蹺板"圖中顯示如下。即使施加在每一側(cè)的力不同，蹺蹺板也是平衡的，這是因?yàn)橹虚g點(diǎn)的扭矩相同。計(jì)算如下，常用的扭矩公制工程單位是牛頓米 (Nm)，而英制工程單位是英尺磅 (ft.lb)：

左側(cè) = 100N 力 x 1 米 = 100Nm 扭矩

右側(cè) = 300N 力 x 1/3 米 = 100Nm 扭矩

其次，我們來看看扭矩傳感器是如何測量扭矩的？

最常見的扭矩傳感器測量是使用粘合應(yīng)變片技術(shù)，其中應(yīng)變片粘合到適當(dāng)設(shè)計(jì)的軸上。帶有圓軸和 45°應(yīng)變計(jì)的扭矩傳感器是一種已經(jīng)存在多年的設(shè)計(jì)。然而，設(shè)備的設(shè)計(jì)和配置將由應(yīng)用決定，軸可能是實(shí)心或空心的，橫截面可能與十字形、方形或其他定制設(shè)計(jì)不同，以獲得最大信號可從測量輸出。

當(dāng)對軸施加扭力使其扭曲時(shí)，會產(chǎn)生剪切應(yīng)力。這將通過與水平扭矩軸呈 45° 粘合的應(yīng)變片來測量。由于在軸中引起的剪切應(yīng)力在其整個(gè)長度上都是相同的，因此可以在沿其長度的任意點(diǎn)粘合應(yīng)變片。然而，通常的做法是將它們放置在中心，盡可能遠(yuǎn)離可能在機(jī)械接口處引起的寄生應(yīng)力。

然后，再來看看我們是如果讀取扭矩傳感器的信號呢？

通常將四個(gè)應(yīng)變計(jì)粘合并連接到惠斯通電橋配置中，電橋電路中包含溫度補(bǔ)償組件。將激勵電壓施加到橋上并在軸中感應(yīng)扭矩，將產(chǎn)生與該扭矩成線性比例的電輸出。要使應(yīng)變測量軸成為有用的測量儀器（扭矩傳感器），必須使用已知的參考標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行校準(zhǔn)，也即參考標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器（更高精度的扭矩傳感器）的輸出。

完成的惠斯通電橋需要穩(wěn)定的直流電源來激勵電路。這通常是 5Vdc 或 10Vdc，但可以是 1Vdc 到 18Vdc 之間的任何值。

最后，讓我們來總結(jié)一下，扭矩傳感器的測量：

要有效地測量扭矩，重要的是要了解扭矩產(chǎn)生所涉及的因素以及可能改變扭矩測量的因素，因?yàn)檫@些因素會影響適當(dāng)傳感器的選擇。標(biāo)稱扭矩額定值、速度、安裝傳感器的可用空間、測量持續(xù)時(shí)間和進(jìn)行測量的環(huán)境等標(biāo)準(zhǔn)是決定扭矩傳感器選擇的最重要標(biāo)準(zhǔn)。

測量動態(tài)扭矩時(shí)（動態(tài)扭矩傳感器我們將在后續(xù)的文章中介紹），測量位置對于確保測量真實(shí)扭矩并避免錯(cuò)誤測量至關(guān)重要，錯(cuò)誤測量是由傳動系中的相鄰部件或阻尼扭矩測量系統(tǒng)的部件（包括測量系統(tǒng)本身）引起的。

通常，存在的物理和環(huán)境因素會精確地選擇合適的設(shè)備。選擇正確的換能器額定值、傳輸系統(tǒng)和機(jī)械連接將確保測量解決方案不會比需要的更昂貴，并且將實(shí)現(xiàn)最大的長期精度和可靠性。