专利名称：装卡式在线检测扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物理测量仪器中测量扭转力矩的传感器，也属于测量转速的传感器，具体是指一种以利用电磁方法为特征的装卡式在线检测扭矩传感器。
目前，国内外利用相位差检测原理制成的转矩转速传感器，一般只能应用于实验室的台架试验，由于其精度高和重复性好而被广泛采用。但是，由于这类传感器在使用时，必须串接于被测系统的动力与负载之间，这样势必要影响到被测系统的结构刚度，所以在汽车、轮船等整车试验及石油钻井的扭矩监测中无法采用这类传感器。为此，日本小野测器与日本赤阪铁工所(船用柴油机企业)合作，利用相位差测试技术，研制成功精密轴扭矩计，是把传感器做在发动机与螺旋桨推进器之间的一段轴上，但它只能在船舶制造或大修时装在轴上，因此在使用上有一定局限，而且不能进行现场标定，所以其测量数据的准确度不可能高。
本实用新型的目的，在于利用相位差测试技术，提供一种可以方便地装卡在被测轴上进行扭矩和转速在线检测的传感器，并且使其可以进行现场标定。
这种新型传感器的解决方案是，其左、右两边各具有由上、下两半拼连成一体的壳体，左、右两边的壳体又拼连成一体，在左、右两边的壳体之间具有一个由上、下两半拼连成一体的皮带轮，在皮带轮上绕皮带轮一周具有几根皮带轮小轴，在每根皮带轮小轴两端均装有轴承，轴承分别与左、右两边壳体内的内圆柱面相接触，在皮带轮左、右两侧的壳体内各具有由上、下两半拼合而成的与皮带轮相固连的内齿轮，在两个内齿轮外侧的壳体内各具有由上、下两半拼合而成的外齿轮，两个外齿轮分别伸进相邻内齿轮内部且与内齿轮保持一个间隙，在两个内齿轮外部的壳体内各紧嵌合有由上、下两半拼合而成的导磁环，两个导磁环分别套在两个内齿轮外部且与内齿轮保持一个间隙，在两个外齿轮外部的壳体内各紧嵌合有由上、下两半拼合而成的环状的导磁支架，两个导磁支架分别套在两个外齿轮外部且与外齿轮保持一个间隙，在左、右两边的同一边的导磁环与导磁支架之间的壳体内，绕导磁支架一周均具有分别固连在导磁支架上的几个信号线圈，信号线圈内均装有永久磁钢，信号线圈按左、右两边分别串联而成两组信号线圈组，每组信号线圈组的两端头分别与安装在壳体上的高频插座相电连接，以把信号引出。在左、右两边壳体的端部均具有由上、下两半拼合而成的端盖，端盖均与壳体相固连且压住导磁支架，在左、右两个端盖上绕端盖一周均具有几根端盖小轴，在每根端盖小轴两端均装有轴承，各由上、下两半拼连成一体的两个外齿轮安装座，分别从左、右两端伸进端盖的孔内，其外圆柱面分别与两个端盖上的轴承相接触，端盖上轴承的外侧均盖有由上、下两半拼合而成的防尘盖，左、右两边的外齿轮分别固连在左、右两边的外齿轮安装座上，在两个外齿轮安装座的中心开孔内均固连有由上、下两半拼合而成的卡环。上述导磁支架、导磁环、内齿轮及外齿轮均采用软磁材料制成，内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同，但不啮合而有间隙。这些零件与信号线圈、永久磁钢组成信号发生器，其磁回路为永久磁钢→导磁环→导磁环与内齿轮之间的空气隙→内齿轮→内齿轮与外齿轮之间的空气隙→外齿轮→外齿轮与导磁支架之间的空气隙→导磁支架→永久磁钢，从而形成封闭磁回路。
具有上述结构的本实用新型的工作原理是(一)产生电信号及测量扭矩的原理。通过调整上、下两半外齿轮安装座相拼连的松紧程度，可使外齿轮座内的卡环产生弹性形变而抱紧在被测轴上，从而将传感器装卡在被测轴上。当被测轴转动时，左右两个端盖的小轴上装的轴承分别作为滚柱，两个外齿轮安装座的外圆柱面分别作为滚道，使两个外齿轮可以随被测轴转动，而壳体、端盖等部件不转动。这就使得在内、外齿轮之间具有相对转动，当转在齿顶对齿顶瞬时位置时，气隙磁阻最小；转在齿顶对齿槽瞬时位置时，气隙磁阻最大。由于相对转动，使气隙磁阻产生周期变化，因此置于磁回路中的信号线圈均感生出交流电动势。而传感器两端各有一组信号发生器，故它们均产生交流电信号，又由于齿轮齿数均相等，因此交流电信号的频率相等。在被测轴不受扭时，两组交流电信号的相位差只与信号发生器的内、外齿轮的安装位置有关，即轴不受扭时，存在一初始相位差。在被测轴传递扭矩时，轴将产生扭转变形，使紧固在轴上的两个外齿轮产生相对角位移，使两组交流电信号的相位差发生变化。在弹性变形范围内，相位差的变化量是与被测扭矩(即传递的扭矩)成正比的，只要把这两组电信号送到具有相位检测功能的仪器内，即可检测出被测扭矩值，并很容易实现数字化测量。(二)测量转速的原理。如上所述的置于磁回路中的信号线圈所感生的交流电动势，其频率与齿轮的齿数及内、外齿轮之间的相对转速成正比，由于齿轮的齿数是固定的，在内齿轮不动的条件下，电动势的频率正比于外齿轮的转速即被测轴的转速，所以可用于转速的测量。(三)现场标定的实现。在现场，当轴不转动时，用一小电动机带动皮带轮转动，两个内齿轮也通过皮带轮小轴上装的轴承在壳体的内圆柱面滚道上滚动而转动，由于内、外齿轮之间具有相对转动，因此两组信号发生器将产生交流电信号。此时使被测轴一端固定，另一端脱开并装上一已知长度的臂杆，在臂杆端部施加一作为标准的力(可用经过标定的拉压力传感器检测)。力乘力臂即为给轴施加的标准力矩，检测出此时的相位差变化，即为施加标准力矩时的相位差变化值。经过现场标定的传感器，其测量数据的准确度是很高的。
装卡式在线检测扭矩传感器可装卡在被测轴上，装拆方便，而且可进行现场标定，因此测量数据准确度高，重复性好。本实用新型主要可用于船舶运输、石油勘探、矿山机械及各种动力机械的扭矩和转速的测量，为高效安全的生产和工作提供精确可靠的测量数据，其社会效益十分显著。
以下结合附图和实施例对本实用新型加以进一步说明。
图1为本实用新型一种具体结构主视图2为图1的左视图和B－B、C－C及K－K剖视图；图3为图1的A－A剖视图；图4为图1中卡环(2)的左视图。
上述图中的附图标记是1、外齿轮安装座，2、卡环，3、轴承盖，4、7、10、22、26、28、30、31、螺钉，5、端盖小轴，6、端盖，8、壳体，9、导磁支架，11、信号线圈，12、永久磁钢，13、导磁环，14、29、轴承，15、皮带轮，16、内齿轮，17、皮带轮小轴，18、20、23、27、销，19、外齿轮，21、螺栓组件，24、高频插座，25、连接块。
参见图1，两个内齿轮(16)在皮带轮(15)上的固定，均是采用螺钉(30)及销(18)；两个外齿轮(19)在外齿轮安装座(1)上的固定，均是采用螺钉(4)及销(20)；信号线圈(11)用螺钉(10)固连在导磁支架(9)上；端盖(6)用螺钉(7)固连在壳体(8)上；防尘盖(3)用螺钉(31)固连在端盖(6)上。参见图2，皮带轮(15)上、下两半之间用螺钉(26)及销(27)拼连成一体。参见图1与图2，壳体(8)之间的拼连方式，是左、右两边的壳体(8)用由上、下两半拼连成一体的连接块(25)通过螺钉(28)而使相对位置固定，并通过螺栓组件(21)把连接块(25)上、下两半拼连成一体；两个外齿轮安装座(1)上、下两半之间的拼连方式，均是用螺钉(22)及销(23)拼连成一体。
权利要求1.一种装卡式在线检测扭矩传感器，其特征在于A)其左、右两边各具有由上、下两半拼连成一体的壳体(8)，左、右两边的壳体(8)又拼连成一体，在左、右两边的壳体(8)之间具有一个由上、下两半拼连成一体的皮带轮(15)，在皮带轮(15)上绕皮带轮(15)一周具有几根皮带轮小轴(17)，在每根皮带轮小轴(17)两端均装有轴承(14)，轴承(14)分别与左、右两边壳体(8)内的内圆柱面相接触，在皮带轮(15)左、右两侧的壳体(8)内各具有由上、下两半拼合而成的与皮带轮(15)相固连的内齿轮(16)，在两个内齿轮(16)外侧的壳体(8)内各具有由上、下两半拼合而成的外齿轮(19)，两个外齿轮(19)分别伸进相邻内齿轮(16)内部且与内齿轮(16)保持一个间隙；B)在两个内齿轮(16)外部的壳体(8)内各紧嵌合有由上、下两半拼合而成的导磁环(13)，两个导磁环(13)分别套在两个内齿轮(16)外部且与内齿轮(16)保持一个间隙，在两个外齿轮(19)外部的壳体(8)内各紧嵌合有由上、下两半拼合而成的环状的导磁支架(9)，两个导磁支架(9)分别套在两个外齿轮(19)外部且与外齿轮(19)保持一个间隙，在左、右两边的同一边的导磁环(13)与导磁支架(9)之间的壳体(8)内，绕导磁支架(9)一周均具有分别固连在导磁支架(9)上的几个信号线圈(11)，信号线圈(11)内均装有永久磁钢(12)，信号线圈(11)按左、右两边分别串联而成两组信号线圈组，每组信号线圈组的两端头分别与安装在壳体(8)上的高频插座(24)相电连接；C)在左、右两边壳体(8)的端部均具有由上、下两半拼合而成的端盖(6)，端盖(6)均与壳体(8)相固连且压住导磁支架(9)，在左、右两个端盖(6)上绕端盖(6)一周均具有几根端盖小轴(5)，在每根端盖小轴(5)两端均装有轴承(29)，各由上、下两半拼连成一体的两个外齿轮安装座(1)，分别从左、右两端伸进端盖(6)的孔内，其外圆柱面分别与两个端盖(6)上的轴承(29)相接触，端盖(6)上轴承(29)的外侧均盖有由上、下两半拼合而成的防尘盖(3)，左、右两边的外齿轮(19)分别固连在左、右两边的外齿轮安装座(1)上，在两个外齿轮安装座(1)的中心开孔内均固连有由上、下两半拼合而成的卡环(2)；D)导磁支架(9)、导磁环(13)、内齿轮(16)及外齿轮(19)均采用软磁材料制成，内齿轮(16)的齿数与外齿轮(19)的齿数相同。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，两个内齿轮(16)在皮带轮(15)上的固定，均是采用螺钉(30)及销(18)，两个外齿轮(19)在外齿轮安装座(1)上的固定，均是采用螺钉(4)及销(20)，信号线圈(11)用螺钉(10)固连在导磁支架(9)上，端盖(6)用螺钉(7)固连在壳体(8)上，防尘盖(3)用螺钉(31)固连在端盖(6)上。
3.如权利要求1、2所述的传感器，其特征在于，皮带轮(15)上、下两半之间用螺钉(26)及销(27)拼连成一体，左、右两边的壳体(8)用由上、下两半拼连成一体的连接块(25)通过螺钉(28)固定相对位置，并通过螺栓组件(21)把连接块(25)上、下两半拼连成一体，用螺钉(22)及销(23)分别将两个外齿轮安装座(1)的上、下两半之间拼连成一体。
专利摘要本实用新型的结构包括由壳体(8)、防尘盖(3)、端盖(6)、端盖小轴(5)、轴承(29)等构成的壳体组件，由外齿轮安装座(1)、卡环(2)、外齿轮(19)等构成的外齿轮组件，由内齿轮(16)、皮带轮(15)、皮带轮小轴(17)、轴承(14)等构成的内齿轮与皮带轮组件，由导磁支架(9)、导磁环(13)、信号线圈(11)、永久磁钢(12)等构成的信号发生器。该传感器装卡在被测轴上，可用来在线检测扭矩和转速，并且可以进行现场标定，其装拆方便，测量数据准确度高，重复性好。
文档编号G01L3/22GK2114152SQ92212098
公开日1992年8月26日 申请日期1992年1月17日 优先权日1992年1月17日
发明者夏为明 申请人:湖南仪器仪表总厂动力测试仪器厂