如何在船舶傳動軸上測量扭矩

當測量旋轉軸上的扭矩時，根據應用場合有多種選擇。最常見和眾所周知的旋轉扭矩測量系統是在線扭矩傳感器。顧名思義，這些傳感器需要“串聯”安裝在驅動軸上。

這些系統的主要優點是它們已經過工廠校準，并且在較小直徑的情況下具有成本效益。話雖這么說，但在線扭矩傳感器存在許多缺點，其中包括：

1、停機時間以修改傳動系統。這是昂貴的，因為必須進行大量修改，并且在整個安裝期間傳動系統都將停機。

2、在動力傳動系統中引入了薄弱環節。如果新的傳感器規格選擇不正確，則安裝在線扭矩測量系統可能會在傳動系統中引入薄弱點，這可能會導致停機。

3、有限適應的扭矩范圍如果預期扭矩會發生顯關系著變化（例如在試驗臺應用中），則可能需要多個單元。

4、由于系統是從工廠預先校準的，因此與其他旋轉扭矩測量系統相比，它們通常會增加成本。

這些系統的最主要缺點可能是它們需要修改傳動系統以適應傳感器。盡管這可能在某些情況下可行，但對于某些已經設計了重型機械且目前處于調試中的應用而言，這并不是理想的選擇。工業設備或船舶通常是這種情況。對于此類應用，首選不需要軸修改的旋轉扭矩測量解決方案。

如何在現有軸上測量扭矩

這是在不更改或拆卸的情況下測量現有軸上扭矩的三種最常用方法。

1、電能表

預估電動機輸出軸上扭矩的一種相對簡單的方法是測量通過電表輸入的電力。儀表通過測量驅動電機的線路中的電流和電壓來計算功率輸入。通過了解軸速度（通常通過轉速計測量）和電動機效率（通常由電動機制造商指定），將輸入的電功率轉換為估算的轉矩。這被認為是扭矩的間接測量，因為它不是真正的機械扭矩，而是從電功率測量值到理論扭矩值的關系。

盡管這種方法相當便宜且易于安裝，但由于電動機的效率會根據速度，輸入電壓，輸出負載和溫度等許多因素而有很大差異，因此該方法的準確性很差。該方法僅適用于帶有電動機的傳動系統，并且不能對快速變化的扭矩條件做出準確的響應，因此僅在需要“大”扭矩測量的情況下才是理想的選擇。

2、夾緊式扭矩傳感器

夾緊式扭矩傳感器物理上夾緊在軸上。這些系統包括一個預安裝的傳感器。傳感器測量軸上的應變，并通過一組取決于軸的幾何形狀和特性的計算將其轉換為扭矩測量值。

這些系統的主要優點是不需要安裝應變計。夾緊式扭矩測量系統的主要問題之一是傳感器距離地面較遠軸的傾斜度會導致測量的高度不確定性。機械部件在軸和傳感器之間的堆疊增加了測量的不確定性，并加劇了環境變化（例如溫度）對系統的影響。鉗式系統也相當龐大。它們需要大量可用的軸區域才能正確安裝，如果在狹窄的空間中工作，則可能會出現問題。

3、表面貼裝應變計的無線扭矩傳感器

表面安裝扭矩測量系統依賴于直接安裝在軸表面上的應變計，通過無線傳輸。該傳感器的工作方式與夾緊式扭矩傳感器相同（通過測量軸上的“扭轉”），并使采用無線技術將數據從軸上傳輸出去，這是一種無線非接觸式數據傳輸方法。

為什么不使用滑環？

滑環是一種常見的數據傳輸方法，但與遙測技術相比，它們具有一些缺點。因為滑環需要軸和定子之間接觸，所以該組件會在信號中產生噪聲。接觸面最終會磨損，需要隨時間更換組件。由于這些原因，無線數據傳輸是一種更有效的長期選擇。

由于應變計直接安裝在軸上并盡可能靠近負載，因此無線扭矩傳感器技術可提供最直接，準確且經濟高效的旋轉扭矩測量解決方案之一。該系統的減小的外形使得它們可以在空間有限的應用中使用，在這些應用中，夾緊式扭矩傳感器是行不通的。

無線扭矩系統的潛在問題是它們需要在現場安裝應變計。但是，這可以通過適當的培訓輕松完成。