一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法与流程

本发明涉及力矩检测领域，具体涉及一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法。

背景技术：

1、执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内，其特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，而且价格较低，因此广泛地应用于化工、造纸、炼油等。

2、目前测量执行器输出力矩的方法主要有两种，一种是通过采集电机的工作电压和工作电流，经过计算后得出电机输出功率，以电机输出功率值乘以一个系数来作为执行器的输出力矩，此方法只适用中功率三相y形绕法的异步电机，在测量小功率电机和大的三角形绕法的异步电动机时并不适用。

3、还有一种是在执行器的传动轴上设置一个压力变送器，通过测量执行器在转动过程中轴和支架间的压力变化得出一个微小的电信号，放大此信号并采集得到一个值，此值乘以一个系数来作为执行器的输出力矩；此方法因安装传感器需要使用橡胶垫片，执行器内部有大量油脂，橡胶遇到油脂，时间长了会老化，力矩检测值的偏差会越来越大，不可靠。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种执行器输出力矩的检测装置，包括电机和中心轴，所述中心轴一侧设有执行器，并且所述中心轴通过联轴器与所述电机连接，所述执行器与所述中心轴之间通过传动机构连接；所述传动机构为传动蜗杆和执行器涡轮，所述传动蜗杆设置在所述中心轴上，所述执行器涡轮设置在所述执行器上；所述传动机构通过传动齿连接第一齿轮，所述第一齿轮两端为扇齿，所述第一齿轮通过下方第一扇齿与所述传动齿啮合，所述第一齿轮通过上方第二扇齿与第二齿轮啮合；所述第一扇齿的半径小于所述第二扇齿的半径，所述第二齿轮的半径小于所述第二扇齿的半径，所述第一扇齿将所述传动齿中较小的直线运动通过所述第二扇齿传递到所述第二齿轮上形成较大的转动；所述传动齿一侧设置有弹性组件，所述弹性组件受力产生形变。

2、优选的：所述第二齿轮与力矩位置检测传感器同轴。

3、优选的：所述传动齿为条形齿，沿所述中心轴水平移动。

4、优选的：所述弹性组件两侧设置有第一限位装置和第二限位装置，在所述传动蜗杆在正转和反转时受力，在所述中心轴上产生位移。

5、还包括：一种执行器输出力矩的检测系统，所述系统适用于上述技术方案中检测装置，包括微控制单元，作为系统的主控；电源单元，将市电电源转换为可供系统运行的电源类型，并给系统供电；位移检测单元，检测执行器工作过程中力矩轴的转动角度，并将测量的信息传输给所述微控制单元；显示及操作单元，用于接收用户操作并反馈至所述微控制单元，以及显示信息；位置检测单元，实时监测执行器的位置，并将位置信息传输至所述微控制单元；电机驱动单元，接收所述微控制单元的指令信息，给电机发送正转或反转的动作信号。

6、优选的：所述系统还包括控制信号检测单元，检测外部控制信号，并经过光电隔离后将外部信号传输给所述微控制单元；反馈单元，接收所述微控制单元的指令信号，输出对应的模拟量和开关量反馈信号。

7、优选的：所述显示及操作单元，包括显示屏，显示设备信息和工作状态；操作扭及操作感应模块，检测用户的操作，将操作信号传输给所述微控制单元。

8、还包括：一种执行器输出力矩的检测方法，所述方法适用于上述技术方案所述的任意检测装置和系统，方法为：

9、s1、电源开启，系统启动，进行开力矩和关力矩标定；

10、s2、位移检测单元检测执行器的力矩转动角度，并将角度信息传输至微控制单元；

11、s3、位置检测单元检测执行器当前位置，并将位置信息传输至所述微控制单元；

12、s4、所述微控制单元接收所述角度信息和所述位置信息，进行计算得出执行器的力矩值。

13、优选的：所述开力矩标定分为开向空载标定和开向100%负载标定。

14、优选的：所述关力矩标定分为关向空载标定和关向100%负载标定。

15、本发明的技术效果和优点：

16、直接测量法测量执行器的输出力矩，没有老化风险，不受电机温度影响，可靠性高；电源单元可以将市电电源转换为可供系统运行的电源类型，不受到电源电压影响；标定开力矩和关力矩，微控制单元实时计算出的力矩值，从而起到对执行器输出力矩大小的判断，保护执行器和负载。

技术特征：

1.一种执行器输出力矩的检测装置，包括电机（1）和中心轴（2），其特征在于，所述中心轴（2）一侧设有执行器（9），并且所述中心轴（2）通过联轴器与所述电机（1）连接，所述执行器（9）与所述中心轴（2）之间通过传动机构连接；

2.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置，其特征在于，所述第二齿轮（6）与力矩位置检测传感器同轴。

3.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置，其特征在于，所述传动齿（8）为条形齿，沿所述中心轴（2）水平移动。

4.根据权利要求1所述的一种执行器输出力矩的检测装置，其特征在于，所述弹性组件（7）两侧设置有第一限位装置（701）和第二限位装置（702），在所述传动蜗杆（3）在正转和反转时受力，在所述中心轴（2）上产生位移。

5.一种执行器输出力矩的检测系统，其特征在于，所述系统适用于上述权利要求1-4中任一所述的检测装置，包括微控制单元，作为系统的主控；

6.根据权利要求5所述的一种执行器输出力矩的检测系统，其特征在于，所述系统还包括控制信号检测单元，检测外部控制信号，并经过光电隔离后将外部信号传输给所述微控制单元；

7.根据权利要求5所述的一种执行器输出力矩的检测系统，其特征在于，所述显示及操作单元，包括显示屏，显示设备信息和工作状态；

8.一种执行器输出力矩的检测方法，其特征在于，所述方法适用于上述权利要求1-4任一所述的检测装置或权利要求5-7任一所述的系统，方法为：

9.根据权利要求8所述的一种执行器输出力矩的检测方法，其特征在于，所述开力矩标定分为开向空载标定和开向100%负载标定。

10.根据权利要求9所述的一种执行器输出力矩的检测方法，其特征在于，所述关力矩标定分为关向空载标定和关向100%负载标定。

技术总结
本发明公开了一种执行器输出力矩的检测装置、系统及其方法，包括电机和中心轴，中心轴一侧设有执行器，并且中心轴通过联轴器与电机连接，执行器与中心轴之间通过传动机构连接；传动机构为传动蜗杆和执行器涡轮，传动蜗杆设置在中心轴上，执行器涡轮设置在执行器上；传动机构通过传动齿连接第一齿轮，第一齿轮两端为扇齿，第一齿轮通过下方第一扇齿与传动齿啮合，第一齿轮通过上方第二扇齿与第二齿轮啮合；第一扇齿的半径小于第二扇齿的半径，第二齿轮的半径小于第二扇齿的半径，第一扇齿将传动齿中较小的直线运动通过第二扇齿传递到第二齿轮上形成较大的转动；传动齿一侧设置有弹性组件，弹性组件受力产生形变。

技术研发人员：董建伟,叶义青,邰阳
受保护的技术使用者：苏州成科自控设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11