CN106989853B - 一种微扭矩测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微扭矩测试仪，涉及扭矩测试技术领域，该微扭矩测试仪包括：结构模块和测量模块；所述结构模块包括结构框架和轴向位移控制机构，所述轴向位移控制机构用于控制测量轴的轴向位移，实现测量轴的轴向悬浮；所述测量模块包括角位移测量组件和扭矩驱动组件；本发明的上述技术方案具有如下优点：该微扭矩测试仪性能稳定，测试精度高，可实现微小扭矩的测量。
Description
技术领域
本发明涉及扭矩测试技术领域，特别涉及一种微扭矩测试仪。
背景技术
微扭矩测试仪是一种非接触式扭矩测量仪器，可实现微小扭矩的测量。微扭矩测试仪可用于血液流变学中的血栓弹力的测量，以便监测血样凝血过程中血栓弹力的变化。微扭矩测试仪还可用于测试轴承启动时的启动力矩和运行过程中的平均力矩和最大力矩。
现在的大部分扭矩测试仪由于自身存在摩擦使其不能实现微小扭矩的测量，检测精度不高，检测功能单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：为了实现微小扭矩的测量，提供一种微扭矩测试仪，解决检测精度不高，检测功能单一的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种微扭矩测试仪，包括结构模块和测量模块；
结构模块包括结构框架和轴向位移控制机构，所述轴向位移控制机构用于控制测量轴的轴向位移，实现测量轴的轴向悬浮；所述结构框架用于固定安装轴向位移控制机构、角位移测量组件和扭矩驱动组件；
测量模块包括角位移测量组件和扭矩驱动组件；所述角位移测量组件用于测量测量轴的转动角度；所述扭矩驱动组件用于产生反作用扭矩来抵消测量轴所受到的外界作用力，使测量轴保持角位移不变；
所述结构框架包括轴套和外磁环，其中两个外磁环通过过盈配合固定在轴套中部；
所述轴向位移控制机构包括测量轴、内磁环、电磁铁、衔铁、位置传感器、挡片、限位挡板；
所述衔铁通过紧定螺钉固定在测量轴的上端部，两个内磁环通过过盈配合固定在测量轴的中部，位置传感器通过螺钉固定在电磁铁上端部，电磁铁通过螺钉固定在轴套的上端部；
所述测量轴上的两个内磁环和轴套上的两个外磁环通过同轴并且偏心配合使测量轴径向悬浮并使测量轴受到一个向下的轴向力，轴套上端部的电磁铁与测量轴上端部的衔铁配合使用使测量轴受到一个向上的轴向力来平衡测量轴受到的向下的轴向力，向下的轴向力包括内外磁环偏心配合产生的轴向向下的力和测量轴受到的重力，结合位置传感器的测量信息调节电磁铁的电磁力大小使测量轴轴向受力始终平衡保持静止；通过以上的配合与控制便可以实现限制测量轴的五个自由度，只留有测量轴的轴向旋转自由度；
所述挡片通过紧定螺钉固定在测量轴的下部，限位挡板通过螺钉固定在轴套的下端部，挡片和限位挡板配合使用限制测量轴的轴向移动范围起到机械限位的作用。
所述角位移测量组件包括码盘、码盘支架、测量电路板；
所述码盘固定在码盘支架上，码盘支架固定在测量轴的上部，测量电路板通过螺钉固定在轴套的上部，测量电路板上焊有编码器芯片；固定在轴套上测量电路板与固定在测量轴上的码盘配合使用用于测量测量轴的角位移。
所述扭矩驱动组件包括转子磁铁和定子绕组；
所述转子磁铁固定在测量轴的中部，定子绕组固定在轴套上；根据角位移测量组件提供的角位移信息调节定子绕组的驱动电流的大小和方向使测量轴保持角位移不变；定子绕组和转子磁铁配合使用可以产生一定量的扭矩作用来测量轴上，此扭矩用于平衡测量轴受到的外界转矩使测量轴保持静止不动，通读对定子绕组的驱动电流的测量实现微扭矩的测量。
本发明的上述技术方案具有如下优点：性能稳定，检测精度高，操作简单；可实现微小扭矩的测量。本仪器采用磁悬浮结构支撑消除本身运行过程中的摩擦力矩，可以传递微小扭矩；采用闭环测量原理，通过主动产生一扭矩来平衡所要测量的扭矩配合高精度的编码器采用闭环控制使测量轴的轴向角位移保持不变，通过测量驱动电流的变化可实现高精度的扭矩测量。
附图说明
图1为依照本发明实施例的微扭矩测试仪的结构示意图；
图2为依照本发明实施例的微扭矩测试仪的外形示意图；
图中附图标记含义为：1：轴套；2：第一外磁环；3：第一内磁环；4：测量轴；5：转子磁铁；6：定子绕组；7：第二外磁环；8：第二内磁环；9：位置传感器；10：电磁铁；11：衔铁；12：测量电路板；13：码盘；14：码盘支架；15：挡片；16：限位挡板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种微扭矩测试仪，包括结构模块和测量模块。
结构模块包括轴套1、第一外磁环2、第一内磁环3、测量轴4、第二外磁环7、第二内磁环8、位置传感器9、电磁铁10、衔铁11、挡片15和限位挡板16。
测量模块包括转子磁铁5、定子绕组6、测量电路板12、码盘13、码盘支架14。
轴套1和第一外磁环2、第二外磁环7构成结构框架，第一外磁环2、第二外磁环7均通过过盈配合固定在轴套1中部。
测量轴4、第一内磁环3、第二内磁环8、位置传感器9、电磁铁10、衔铁11、挡片15、限位挡板16共同构成了轴向位移控制机构；
衔铁11通过紧定螺钉固定在测量轴4的上端部，第一内磁环3、第二内磁环8均通过过盈配合固定在测量轴4的中部，位置传感器9通过螺钉固定在电磁铁10上端部，电磁铁10通过螺钉固定在轴套1的上端部；
测量轴4上的第一内磁环3、第二内磁环8和轴套1上的第一外磁环2、第二外磁环7通过同轴并且偏心配合使测量轴4径向悬浮并使测量轴4受到一个向下的轴向力，轴套1上端部的电磁铁10与测量轴4上端部的衔铁11配合使用使测量轴4受到一个向上的轴向力来平衡测量轴4受到的向下的轴向力，向下的轴向力包括第一内磁环3、第二内磁环8、第一外磁环2、第二外磁环7的内外磁环偏心配合产生的轴向向下的力和测量轴4受到的重力，结合位置传感器9的测量信息调节电磁铁10的电磁力大小使测量轴4轴向受力始终平衡保持静止；通过以上的配合与控制便可以实现限制测量轴4的五个自由度，只留有测量轴4的轴向旋转自由度；
挡片15通过紧定螺钉固定在测量轴4的下部，限位挡板16通过螺钉固定在轴套1的下端部，挡片15和限位挡板16配合使用限制测量轴4的轴向移动范围起到机械限位的作用。
测量电路板12、码盘13、码盘支架14共同构成角位移测量组件；
码盘13固定在码盘支架14上，码盘支架14固定在测量轴4的上部，测量电路板12通过螺钉固定在轴套1的上部，测量电路板12上焊有编码器芯片；固定在轴套1上测量电路板12与固定在测量轴4上的码盘13配合使用用于测量测量轴4的角位移。
转子磁铁5和定子绕组6共同构成扭矩驱动组件；
转子磁铁5固定在测量轴4的中部，定子绕组6固定在轴套1上；根据角位移测量组件提供的角位移信息调节定子绕组6的驱动电流的大小和方向使测量轴4保持角位移不变；定子绕组6和转子磁铁5配合使用可以产生一定量的扭矩作用来测量轴4上，此扭矩用于平衡测量轴4受到的外界转矩使测量轴4保持静止不动，通读对定子绕组6的驱动电流的测量实现微扭矩的测量。
本发明整个工作过程如下：
S1.启动微扭矩测试仪的轴向位移控制机构使测量轴悬浮起来，开启测量模块；
S2.将待测扭矩挂载到测量轴上，进行扭矩的测量；
S3.测量结束，卸载待测扭矩，关闭测量模块和轴向位移控制机构。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
Claims (1)
1.一种微扭矩测试仪，其特征在于：包括结构模块和测量模块；
结构模块包括结构框架和轴向位移控制机构，所述轴向位移控制机构用于控制测量轴的轴向位移，实现测量轴的轴向悬浮；所述结构框架用于固定安装轴向位移控制机构、角位移测量组件和扭矩驱动组件；
测量模块包括角位移测量组件和扭矩驱动组件；所述角位移测量组件用于测量测量轴的转动角度；所述扭矩驱动组件用于产生反作用扭矩来抵消测量轴所受到的外界作用力，使测量轴保持角位移不变；
所述结构框架包括轴套和外磁环，其中两个外磁环通过过盈配合固定在轴套中部；
所述轴向位移控制机构包括测量轴、内磁环、电磁铁、衔铁、位置传感器、挡片、限位挡板；
所述衔铁通过紧定螺钉固定在测量轴的上端部，两个内磁环通过过盈配合固定在测量轴的中部，位置传感器通过螺钉固定在电磁铁上端部，电磁铁通过螺钉固定在轴套的上端部；
所述测量轴上的两个内磁环和轴套上的两个外磁环通过同轴并且偏心配合使测量轴径向悬浮并使测量轴受到一个向下的轴向力，轴套上端部的电磁铁与测量轴上端部的衔铁配合使用使测量轴受到一个向上的轴向力来平衡测量轴受到的向下的轴向力，向下的轴向力包括内外磁环偏心配合产生的轴向向下的力和测量轴受到的重力，结合位置传感器的测量信息调节电磁铁的电磁力大小使测量轴轴向受力始终平衡保持静止；通过以上的配合与控制便可以实现限制测量轴的五个自由度，只留有测量轴的轴向旋转自由度；
所述挡片通过紧定螺钉固定在测量轴的下部，限位挡板通过螺钉固定在轴套的下端部，挡片和限位挡板配合使用限制测量轴的轴向移动范围起到机械限位的作用；
所述角位移测量组件包括码盘、码盘支架、测量电路板；
所述码盘固定在码盘支架上，码盘支架固定在测量轴的上部，测量电路板通过螺钉固定在轴套的上部，测量电路板上焊有编码器芯片；固定在轴套上测量电路板与固定在测量轴上的码盘配合使用用于测量测量轴的角位移；
所述扭矩驱动组件包括转子磁铁和定子绕组；
所述转子磁铁固定在测量轴的中部，定子绕组固定在轴套上；根据角位移测量组件提供的角位移信息调节定子绕组的驱动电流的大小和方向使测量轴保持角位移不变；定子绕组和转子磁铁配合使用可以产生一定量的扭矩作用来测量轴上，此扭矩用于平衡测量轴受到的外界转矩使测量轴保持静止不动，通读对定子绕组的驱动电流的测量实现微扭矩的测量。
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