扭矩测量仪毕业设计说明书(编辑修改稿)

扭矩测量仪毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

毕业设计（论文） 4 微扭矩测量传感器的研究。 随着家用电器的迅速发展，如电风扇、微电机、缝纫机、剃须刀、电冰箱、洗衣机甚至开关都要测量扭矩，急待解决 g 178。 cm级的扭矩测量，新传感器的研制将成为解决这一问题的关键。 在信号传输方面，以往采用的是接触式滑环传输，这种传输方式易磨损、需常清洗、安装难，容易引入干扰信号。 近期推出的传感器一般均 为无接触式传输。 如感应方式或遥测体制，它克服了接触式传输的缺点。 随着检测变换集成化和多功能化，将过去先检测传输、后对信号进行变换处理的概念演变为先检测变换处理，后再进行传输，这一变更已成为可能。 扭矩测量仪的智能化、微机化是当今测量仪变革的主流，单片微机和软件的开发应用已使信号的检测、采集、比较、相关、数字滤波、域间变换、逻辑和函数运算、程序给定和反馈控制等功能由仪器本身来实现成为可能。 软件扩展了结构的性能限制，并使仪器具有智能化。 既能适应被测参数的变化来自选量程、自动补偿、自动校正、人机对话、自寻故障，并 能方便的与总线接口，进行多台联机通信及控制。 在扭矩传感器信号传输及测量仪的总成上，工业化扭矩仪研制的呼声愈来愈高，一改以往扭矩测量仪多半应用于实验室台架测量的情景。 工业化扭矩仪的要求是必需满足苛刻的工业应用环境，即可靠性要高，重复性要好，价格要低廉，与机器匹配，安装方便，但精度要求不高，用其作为指导生产、保护机械不受损伤的有效手段。 国内外扭矩测量仪的现况简介 1. 国外扭矩测量仪现状 美国阿克来克斯公司 (Acurex co.)中的一个分公司 WDC(无线数据传输公司 )，自 70 年代起，生产“通用 海上试验功率测试系统” (Universal Sea Trial Power Measurement System)，显示板上可显示被测主机的扭矩、转速和功率。 此类仪器的扭矩测量是采用卡环式应变传感器敏感被测轴的扭转变形角，变形量与扭矩成正比。 量程范围为 0～ 2179。 106N178。 m，测量精度为 1％ .，转速测量是采用红外线测速法，精度为 ％ .，平均无故障时间 MTBF 为 4200h。 此外，美国的陶太克 (TORODUCTOR)公司生产无接触式磁弹性扭矩仪；美国麻省理工学院研制成抗干扰性强的光纤扭矩传感 器。 这些都代表着世界新潮流。 日本小野测试社擅长制造磁电式相位差扭矩测量仪，首期产品多半用于实验室，适用于精测扭矩。 其量程范围较宽，小量程为 ～ 10N178。 m，中大量程为 10～ 10179。 106N178。 m，已成系列产品，精度可达 ％～ 1％ .。 20世纪 80 年代初，小野测试社和赤版铁工所联合研制出船用主机扭矩测量仪 MS25B，可测扭矩 (5179。 105 N178。 m，精度 %.)、转速(，精度 )和功率 (1500ps)。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 5 德国马霍克 ()公司历史悠久，生产的振弦式扭 矩测量仪闻名世界。 该仪器是利用轴扭转时致使传感器中的钢弦拉紧或放松，从而使钢弦自身频率变化测得扭矩；数据传输方式有滑环式和感应式。 其生产的 MDS820 产品，被测轴颈范围为 50～ 1000mm，已形成系列产品。 此外，德国的 HBM 公司 (Hoffinger Baldwin Mesefechmik Gmhm)生产电阻应变式扭矩测量仪，采用弧齿联轴节，以消除不同轴度带来的测量误差，独具风格。 生产电阻应变式扭矩仪的还有英国霍佛科公司 (HoverKrafe)和荷兰的 公司，它们在舰船监测上都已亮相。 2. 国内扭矩测量仪的发展 国内扭矩测量技术的研究和扭矩测量仪的生产已初具规模，从扭矩测量仪的类别、数量和质量来看，绝大部分式电阻应变式和磁电式扭矩仪。 电阻应变式扭矩测量仪是拾取粘贴在受扭轴上的电阻应变片的阻值变化来测量扭矩的，故无须断开轴系，而且测量仪表也可采用通用的电阻应变仪。 电阻应变式传感器的生产单位较多，如北京机床研究所、中国船舶工业总公司 701 研究所，上海通用机械研究所，成功的应用于机床和各种动力轴的扭矩测量。 在舰船、货船主机扭矩测量上，中国船舶工业总公司上海 704 研究所生产的卡环型应变式扭矩传感器 ，测量时只要将卡环卡在轴上就可测量扭矩，测量仪表采用 INTEL MCS51 单片机作为核心的智能仪器，可同时测量扭矩转速、功率，并具有自诊断、数据处理、温度修正、越限报警等功能，集成度高，可靠性好。 磁电式扭矩测量仪最早的研制单位是上海电器科学研究所，供应市场的是 1000 N178。 m扭矩转速传感器和数字扭矩转速测盆仪。 随后上海交通大学、中国船舶工业总公司上海 704研究所、天津机械工程研究所、上海第二电表厂、湘西仪表元件厂、哈尔滨东安机器厂、沈阳机电学院相继研制成磁电式扭矩测量仪，这种类型的扭矩仪是目前国内应用最 多的扭矩仪。 例如中国船舶工业总公司上海 704研究所制造的 20 20KN178。 m扭矩转速传感器和数字扭矩转速测量仪，成功地应用在地质矿产部钻机上。 现场的钻探表演，获得美国、俄罗斯等 31国参加联合国亚太地区钻机学术会议专家的好评。 该所生产的磁电式扭矩测量仪也可与上述的智能化测量仪连用，系统精度为 0 .596 .。 为了满足各种不同的测试要求，各种类型的传感器相继出现。 磁电型相位差式传感器 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 6 这时国内最普遍使用的传感器。 生产厂家也主要生产这种类型的传感器，它已广泛用于手工业、科研各个领 域。 随着工业发展要求，已涌现出耐振动、成本低、体积小、不带辅助电极的扭矩传感器。 应变式传感器 这是最早应用的传感器。 随着弹性体和应变片质量的提高，出现了下些新型传感器。 如：卡环式应变传感器、感应式应变传感器。 它们的信号传输方式为摇测式、感应式，代替了以往经典的滑环传输方式，并提高了测试精度。 但在低速状态下，滑环通输应变传感器还有应用市场。 目前， 704 所正在研制 2020KNM 扭矩传感器标定采用模拟方法。 这种形式的传感器以往应用较少。 最近有几个单位正在研制，有的单位正在准备研制扭矩传感器。 该型传感器应用较早，但在国内研制起步较迟，其结构简单，成本较低，精度 1%2%左右，最近几年研究此类传感器的单位有四五家，成为一种新动向。 小量程（克、厘米）扭矩传感器 为满足微电机和家用电器的需要，小量程扭矩传感器开始供应 1. 根据总体方案的结构形式，进行技术设计，包括硬件设计和软件设计，选择元件，对主要芯片进行反复查证，选择最合理的。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 7 第 2 章 总体方案设计 本系统由一台 8051 单片机， I/O 接口，步进电动机驱动器，步进电动机，光电耦合电路，脉冲环形分配，传感器， A/D 转换器组成。 传感器的测试原理 本系统采用电阻应变传感器，其工作原理，根据测试仪的扭矩测量原理，即以金属材料为敏感元件的应变片原理基于金属的应变效应。 由物理学可知：金属的电阻 R 为 : ALR / （ 21） 式中： ρ — 电阻率 L—— 金属丝长度 A—— 金属丝截面面积 金属丝受到拉伸和变形后，尺寸变化导致电阻值变化： dR/R= dL/LdA/A+dρ /ρ 推导整理后得： Δ R/R=Kε 式中： K金属材料灵敏度系数 K=1+2μ +dρ /（ε178。 ρ） （ 22） μ =金属材料的泊松比 ε =dL/L 大多数金属在弹性变形范围内的 K值是常数，其随着材料的不同而不同。 由此可 见，应变与电阻变化率成线性关系。 基于以上原理，智能化扭矩测试仪采用电阻式传感器，将作用在被测在工件上的扭矩值转换为金属应变电阻改变，通过电桥电路转变为电信号。 单片机通过 I/O 口发送脉冲信号给步进电动机驱动器，以控制步进电动机的方向和参数，用半导体应变左为传感器，将作用在被测工件上的扭矩值转换为应变片电阻的变化，通过电桥电路转变为电信号，由 A/D卡把模拟信号转化为单片机可以接受的数字信号，由单片机对数字信号进行处理，并把步进电动机产生拟定扭矩值显示出来，通过键盘接口，打印机，将输出的扭矩值打印出来，与 BCD拨码盘的初量数据比较，当输出的扭矩值接近最大值时，停止操作结束流程， LED 闪烁 888，等待手工取下夹具，当需要测量的 扭矩大于传感器器的 测量范围时强行测量会损坏传感器，因此当需要测量值超过量程时， LED 闪烁 000，要求用户重新输入。 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 8 图 21测试工作原理图 单片机的引脚描述及片外结构图 图 22 8051 芯片引脚分配图 单 片 机 程序存储器 显 示 打 印 控制按钮 BCD 拨盘 A/D转换 调理电路 扭矩 传感器 步进电机 驱动电机 仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 9 各引脚功能说明如下： GND:接地端 Vcc:电源端 :通道 0，双向 I/O 口。 第二功能是在访问 外部储存器时用低 8 位地址线和 8 位数据线，在编程和检验时用于数据的输入和输出。 :通道 1，双向 I/O 口。 在编程和检验时，用于接收低位地址字节。 :通道 2，双向 I/O 口。 第二功能在访问外部存储器时，高八位地址。 在编程和检验时，用作高位地址和控制信号。 ：双向 I/O口。 每条线均有各位的第二功能，功能表如下： 表 21 P3 口的第二功能表 通道位 第二功能 说明 RTD 串行口输出 TXD 串行口的输入 0INT 外部中断 0的中断请求输入 INTI 外部中断 1的请求输入 T0 计数器 0 的计数输入 T1 计数器 1 的计数输入 WR 外部数据存储器的写选通信号 RD 外部数据存储器的读选通信号 ALE/PROG :ALE 是地址锁存器允许信号，在访问外部存贮器时，用来锁存 P0 口送出 的低8 位地址信号。 在不访问外部存贮器器械时， ALE 也以振荡频率的 1/6 的固定速度输出，此时，它可用作时钟信号。 第二功能 PROG 是对 8751 的 EPROM 编程时的编程脉冲输入端。 PSEN ：外部程序存贮器 ROM 的读选信号。 在执行访问外部 ROM 的时候， PSEN 信号会自动产生，访问外部数据 RAM或内部数据 ROM时，不会产生有效的低电平 PSEN 信号。 EA /VPP：访问外部存贮器控制信号。 EA 无效（高电平）时，访问内部 ROM, EA 有效（低电平）时，访问外部 ROM。 第二功能 Vpp 为对 8751 的 EPROM 的 21V编程电源输入。 RST/VPD： RST 是复位信号输入端。 当由此输入端保持两个机器周期 (24 个振荡周期 )的高仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 10 电平时，就可以完成复位操作。 第二功能时 VPD，即备用电源输入端。 当主电源 Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时， VPD 将为 RAN 提供设备用 电源，以保证存贮在 RAM 中的信息不丢失。 XTAL1 和 XTAL2：在使用单片机内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。 在使用外部时钟时，则用来输入时钟脉冲，但对 NMOS 和 COMS 芯片的接法不同。 对 8051系列芯片，由于内部多一个定时器还需要附加别的输入端，为此，又借用 和 作为定时器 2的输入 T1和 T2。 测试仪由 4大部分组成，分别是：设置部分，控制部分，执行部分和打印部分。 （ 1）、设置部分主要采用 BCD 拨码盘，可以方便直观地完成力矩极限值的初始化 设置，用以实现测试过程中的过载保护。 （ 2）、控制部分主要通过单片机的键盘接口，实现人机交换，通过单片机的多个端口进行接受发送信号，从而实现对力矩传感器信号的调整、采样、数据和数据显示。 (3)、打印部分将测试结束后保存的测试数据由微型打印机输出。 （ 4）、将测试结束后保存的测试数据由微型打印和输出。 机械部分示意图 23： 图 23 机械部分示意图 如图所示，测试仪可以通过更换不同规格的夹具对各种工件进行测量。 汽缸用来将夹具与待测工件夹紧， 单片机控制系统通过步进电动机将扭矩施加到工件上。 测试的对象是通过别克变形车后桥加强螺帽，该加强零件的外形是平板上焊接着一一个螺帽，需要检测仅供参考，支持原创，鄙视抄袭。 毕业设计（论文） 11 螺帽和平板之间焊接处所承受扭矩是否满足标准，以保证汽车的安全行驶。 系统中单片机的选用及设计 单片机应用系统的概述 由于单片机应用系统多种多样，技术要求各不相同，因此，设计方法和研制步骤也不完全相同单片。