概         述

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與NC型扭矩測(cè)量?jī)x或CB系列扭矩測(cè)試卡配套使用。是一種測(cè)量各種動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)速及機(jī)械功率的精密測(cè)量?jī)x器。其用途十分廣泛，在電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、齒輪及齒輪箱、鐵路機(jī)車(chē)、汽車(chē)拖拉機(jī)、飛機(jī)、船舶、礦山機(jī)械、液壓氣動(dòng)元件等幾乎所有機(jī)械制造部門(mén)及其科研院所、大專(zhuān)院校均有廣泛的應(yīng)用。

一、           NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理：

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理是：通過(guò)彈性軸、兩組磁電信號(hào)發(fā)生器，把被測(cè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號(hào)，這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測(cè)轉(zhuǎn)矩成正比。

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理如圖1。在彈性軸的兩端安裝有兩只信號(hào)齒輪，在兩齒輪的上方各裝有一組信號(hào)線(xiàn)圈，在信號(hào)線(xiàn)圈內(nèi)均裝有磁鋼，與信號(hào)齒輪組成磁電信號(hào)發(fā)生器。當(dāng)信號(hào)齒輪隨彈性軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于信號(hào)齒輪的齒頂及齒谷交替周期性的掃過(guò)磁鋼的底部，使氣隙磁導(dǎo)產(chǎn)生周期性的變化，線(xiàn)圈內(nèi)部的磁通量亦產(chǎn)生周期性變化，使線(xiàn)圈中感生出近似正弦波的交流電信號(hào)。這兩組交流電信號(hào)的頻率相同且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，因此可以用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。這兩組交流電信號(hào)之間的相位與其安裝的相對(duì)位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方向有關(guān)。當(dāng)彈性軸不受扭時(shí)，兩組交流電信號(hào)之間的相位差只與信號(hào)線(xiàn)圈及齒輪的安裝相

對(duì)位置有關(guān)，這一相位差一般稱(chēng)為初始相位差，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，使其相差半個(gè)齒距左右，即兩組交流電信號(hào)之間的初始相位差在180度左右。在彈性軸受扭時(shí)，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使兩組交流電信號(hào)之間的相位差發(fā)生變化，在彈性變形范圍內(nèi)，相位差變化的絕對(duì)值與轉(zhuǎn)矩的大小成正比。把這兩組交流電信號(hào)用專(zhuān)用屏蔽電纜線(xiàn)送入NC型扭矩測(cè)量?jī)x或具有其功能的扭矩卡送入計(jì)算機(jī)，即可得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率的精確值。圖2是NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器機(jī)械結(jié) 構(gòu)圖。其結(jié)構(gòu)與圖一的工作原理圖差別是很大的，其中，為了提高測(cè)量精度及信號(hào)幅值，

圖2、  NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

兩端的信號(hào)發(fā)生器是由安裝在彈性軸上的外齒輪、安裝在套筒內(nèi)的內(nèi)齒輪、固定在機(jī)座內(nèi)的導(dǎo) 磁環(huán)、磁鋼、線(xiàn)圈及導(dǎo)磁支架組成封閉的磁路。其中，外齒輪、內(nèi)齒輪是齒數(shù)相同互相脫開(kāi)不相嚙合的。套筒的作用是當(dāng)彈性軸的轉(zhuǎn)速較低或者不轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)傳感器頂部的小電動(dòng)機(jī)及齒輪或皮帶傳動(dòng)鏈帶動(dòng)套筒，使內(nèi)齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了內(nèi)、外齒輪之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速，保證了轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度。但是，此時(shí)輸出信號(hào)的頻率不能用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。解決的辦法是建議用戶(hù)另外增加轉(zhuǎn)速傳感器（如NJ0、NJ1D、NJ2等）或者在傳感器上增加一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器（如NJ3、NJ4等），因?yàn)槭谴烹娛絺鞲衅?，在轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)仍然不能保證轉(zhuǎn)速的正確測(cè)量。為此，又派生了NJ*D型低速系列轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)品。NJ*D型低速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的解決方法是增加了套筒測(cè)速頭及安裝在套筒上的測(cè)速齒輪，其測(cè)速頭的信號(hào)送入NC-2A型扭矩測(cè)量?jī)x進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不論套筒是否轉(zhuǎn)動(dòng)，其輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)始終是彈性軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，即使轉(zhuǎn)速為零也是如此。

二、性能指標(biāo)

轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度：分為0.1級(jí)和0.2級(jí)。

（1）靜?！苯佑庙来a產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力矩校準(zhǔn)時(shí)，其測(cè)量誤差0.1級(jí)不大于額定值的

±0.1%；0.2級(jí)不大于額定值的±0.2%。

（2）轉(zhuǎn)速變化的附加誤差——在規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩讀數(shù)變化不大于額定轉(zhuǎn)矩的±0.1%(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為±0.2%)。

（3）NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器系列規(guī)格見(jiàn)下表：

附注：1）當(dāng)轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分時(shí)，為保證轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度，必須啟動(dòng)傳感器頂部的小電動(dòng)機(jī)，并使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與彈性軸的轉(zhuǎn)向相反。

2）NJL型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，可立式安裝，并可承受一定的軸向力，如傳感器的自重。

3）轉(zhuǎn)矩測(cè)量過(guò)負(fù)載能力：

a）、在超載不大于120%額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍然能保證轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度。

b）、在短時(shí)沖擊負(fù)載不大于300%額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載消失后，轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)讀數(shù)變化不大于±0.1%。

三、使用安裝           

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器本身只傳遞被測(cè)轉(zhuǎn)矩而不能吸收功率（傳感器內(nèi)部的功率消耗一般可忽略不計(jì)），也不能產(chǎn)生功率。因此，當(dāng)被測(cè)機(jī)械為原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)）時(shí)，為了使被測(cè)機(jī)械所產(chǎn)生的機(jī)械功率被吸收，必須與一定的負(fù)載連接。負(fù)載可以是電力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、水力測(cè)功機(jī)、直流或交流發(fā)電機(jī)、磁粉制動(dòng)器等，也可以選擇其他類(lèi)型機(jī)械作負(fù)載。當(dāng)被測(cè)機(jī)械為負(fù)載（如發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵，齒輪箱、液壓油泵）時(shí)，應(yīng)與一定的原動(dòng)機(jī)相連接。在測(cè)量齒輪箱等設(shè)備的機(jī)械效率時(shí)，應(yīng)按扭矩的大小選擇規(guī)格合適的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，否則將影響機(jī)械效率測(cè)量的精度。

1、   安裝方式：

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器使用時(shí)的安裝方式如圖3所示。應(yīng)注意的是傳感器的驅(qū)動(dòng)端與原動(dòng)機(jī)相連。增加中間支承的目的是為了保證傳感器不受因頻繁更換測(cè)試設(shè)備造成安裝同軸度的變化，由此引起測(cè)試數(shù)據(jù)的變化，同時(shí)可避免因安裝不同軸而使傳感器承受彎矩，從而引起測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。如果能保證安裝同軸度，或者由于安裝場(chǎng)地的限制，可去掉中間支承。

2、   安裝基礎(chǔ)：

原動(dòng)機(jī)、傳感器、負(fù)載及中間支承應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，必須避免過(guò)大的震動(dòng)，否則將可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測(cè)量精度，甚至損壞傳感器的現(xiàn)象。

3、   聯(lián)軸器：

采用一般彈性柱銷(xiāo)式聯(lián)軸器即可，但應(yīng)盡可能減少聯(lián)軸器的質(zhì)量，這對(duì)小規(guī)格傳感器尤其重要。為了使傳感器不承受彎矩，我們推薦采用擾性聯(lián)軸器（例如尼龍繩聯(lián)軸器），這將顯著改善傳感器的工作條件，保證測(cè)量精度。對(duì)高速型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的用戶(hù)推薦采用梅花行彈性聯(lián)軸器，也可采用剛性聯(lián)連接，但同軸度安裝必須保證在0.01mm以?xún)?nèi)。

圖3、一般安裝方式

1、   安裝同軸度：

為了避免在傳感器彈性軸上產(chǎn)生彎矩，在安裝時(shí)必須使原動(dòng)機(jī)、傳感器、負(fù)載三者之間具有較好的同軸度（一般應(yīng)保證在0.05mm以?xún)?nèi)，對(duì)高速型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)保證在0.02mm以?xún)?nèi)）。當(dāng)存在彎矩時(shí)，將會(huì)降低測(cè)量精度，在某些情況下，甚至可能使彈性軸損壞。在使用小規(guī)格傳感器時(shí)，尤其應(yīng)保證安同軸度。NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的安裝一般為水平安裝，也可以作垂直或任意角度的安裝，但不允許傳感器承受過(guò)大的軸向力。

2、   傳感器與儀器的聯(lián)接：

NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與NC型扭矩測(cè)量?jī)x應(yīng)用隨機(jī)購(gòu)買(mǎi)的專(zhuān)用屏蔽電纜線(xiàn)連接。連接方式是信號(hào)輸出Ⅰ與儀表背面的信號(hào)輸入Ⅰ相連，信號(hào)輸出Ⅱ與儀表背面的信號(hào)輸入Ⅱ相連，并按照NC型扭矩測(cè)量?jī)x使用說(shuō)明書(shū)的操作說(shuō)明把傳感器銘牌上的規(guī)格、量程、齒數(shù)等有關(guān)參數(shù)置入儀器中。使用NJ3、NJ4等帶有外轉(zhuǎn)速傳感器的傳感器時(shí)，須另用一根屏蔽電纜線(xiàn)使傳感器的外轉(zhuǎn)速輸出與儀表的外轉(zhuǎn)速輸入插座相連，儀器的轉(zhuǎn)速選擇開(kāi)關(guān)擲成“外”（JW-1A等老型儀表），齒數(shù)置入“60”。對(duì)NJ*D型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器用一根屏蔽電纜線(xiàn)使傳感器的套筒轉(zhuǎn)速輸出與儀表的外轉(zhuǎn)速輸入插座相連，然后利用NC-2A的“扣除/記錄”鍵即可得到傳感器主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速。需要說(shuō)明的是只有NC-2A型扭矩測(cè)量?jī)x或CB系列扭矩測(cè)試卡才有此功能。

3、   儀器的零點(diǎn)調(diào)整：

這是開(kāi)始試驗(yàn)前的很重要的一個(gè)步驟。零點(diǎn)調(diào)整不好，將響測(cè)量精度。零點(diǎn)調(diào)整方法比較多，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的條件不同而采用不同的調(diào)零方法，有可能提高測(cè)量精度。調(diào)零的目的是使轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，儀器的轉(zhuǎn)矩顯示也為零。

Ⅰ、零點(diǎn)調(diào)整方法：

在負(fù)載不允許脫開(kāi)，而且試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速變化范圍比較大時(shí)，調(diào)整零點(diǎn)的方法是啟動(dòng)傳感器頂部的小電動(dòng)機(jī)，并使其轉(zhuǎn)向與試驗(yàn)時(shí)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，按儀器“清零”鍵，使儀器轉(zhuǎn)矩顯示為零，停止小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，即可開(kāi)始試驗(yàn)。在試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分時(shí)，只能采用這種調(diào)零方法。注意調(diào)零前，必須確認(rèn)彈性軸上沒(méi)有殘余扭矩，否則調(diào)出的不是真實(shí)零點(diǎn)。

在負(fù)載允許脫開(kāi)空載轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，可以使傳感器一起空載轉(zhuǎn)動(dòng)，并使轉(zhuǎn)速控制在啟動(dòng)傳感器頂部小電動(dòng)機(jī)時(shí)所顯示的轉(zhuǎn)速范圍，按儀器“清零”鍵，使儀器轉(zhuǎn)矩顯示為零。采用這種方法能夠適當(dāng)提高測(cè)量精度。

在負(fù)載允許脫開(kāi)，而試驗(yàn)轉(zhuǎn)速又比較穩(wěn)定的情況下，可以使傳感器一起空載轉(zhuǎn)動(dòng)，并使轉(zhuǎn)速控制在試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，按儀器“清零”鍵，使儀器轉(zhuǎn)矩顯示為零。采用這種調(diào)零方法能夠消除傳感器制造時(shí)，所具有的“轉(zhuǎn)速特性”、“同心度”等系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。

Ⅱ、零點(diǎn)調(diào)整的注意事項(xiàng)：

調(diào)整零點(diǎn)后，先做一次全負(fù)荷試驗(yàn)，停機(jī)后，再按所選擇的零點(diǎn)調(diào)整方法調(diào)整零點(diǎn)，這樣可以提高零點(diǎn)調(diào)整精度。當(dāng)在次試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩方向與前次試驗(yàn)的方向相反時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整零點(diǎn)。

7、當(dāng)試驗(yàn)時(shí)軸的旋轉(zhuǎn)方向要改變時(shí)，必須重新調(diào)整零點(diǎn)，才能開(kāi)始試驗(yàn)。

8、在測(cè)量工作轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)矩或制動(dòng)狀態(tài)下的扭矩時(shí)，都應(yīng)啟動(dòng)傳感器頂部的小電動(dòng)機(jī)，并使其旋轉(zhuǎn)方向與試驗(yàn)時(shí)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反。這時(shí)，為了得到被測(cè)機(jī)械的實(shí)際轉(zhuǎn)速，請(qǐng)按照（5）進(jìn)行操作。

9、環(huán)境溫度的變化將會(huì)引起測(cè)量誤差。因?yàn)閭鞲衅鞯膹椥暂S的剪切彈性模數(shù)G不是一個(gè)常數(shù)，它隨著溫度的變化而變化。因此，當(dāng)使用環(huán)境溫度與傳感器靜標(biāo)定時(shí)的溫度（傳感器銘牌上示出）不相同時(shí)，為保證測(cè)量精度，應(yīng)對(duì)傳感器系數(shù)值按下式進(jìn)行修正。

Xt=Xt0[1+∑G（t-t0）]

式中：

Xt為在溫度為t時(shí)的傳感器系數(shù)值；

Xt0為傳感器靜標(biāo)定系數(shù)值，即傳感器銘牌上的系數(shù)值；

∑G為傳感器彈性軸的剪切彈性模量G的溫度系數(shù)，其單位為％/℃；

t為測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度；

t0為傳感器標(biāo)定系數(shù)值時(shí)的環(huán)境溫度。

由于現(xiàn)在生產(chǎn)的傳感器的彈性軸材料均為40CrNiMoA，其∑G均為-0.025％/℃。

10、由于軸的旋轉(zhuǎn)方向不同時(shí)，作轉(zhuǎn)速特性補(bǔ)償時(shí)所加電阻、電容不可能完全一致，要保證兩個(gè)方向均達(dá)到精度要求，有時(shí)須加一個(gè)換向開(kāi)關(guān)，以便對(duì)不同轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)速特性作分別補(bǔ)償。使用時(shí)只需注意換向開(kāi)關(guān)所指方向與傳感器彈性軸的旋轉(zhuǎn)方向一致。（傳感器安裝時(shí)，一般為傳感器頂部小電動(dòng)機(jī)防護(hù)罩端與原動(dòng)機(jī)相連，另一端與負(fù)載相連。從原動(dòng)機(jī)一端看，彈性軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)。）

11、如果傳感器安裝位置離儀器較遠(yuǎn)，需要換用較長(zhǎng)的屏蔽電纜線(xiàn)時(shí)，應(yīng)保證兩根電纜線(xiàn)盡可能一樣長(zhǎng)。

12、 在使用過(guò)程中應(yīng)盡可能避免過(guò)大的沖擊載荷，這往往發(fā)生在試驗(yàn)的啟動(dòng)或停止過(guò)程中。因?yàn)槿绻麊?dòng)或停止過(guò)程是在瞬間完成，由于轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在，將會(huì)使傳感器的彈性軸承受過(guò)大的瞬時(shí)扭矩，使零點(diǎn)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)將損壞彈性軸。因此，為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，建議盡可能減小聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，或采用離合器、超越離合器等方式來(lái)保護(hù)傳感器。

四、維護(hù)和修理

1、保修期：在用戶(hù)遵守保管和使用規(guī)則的條件下，從制造廠(chǎng)發(fā)貨日期起12個(gè)月內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)傳感器損壞或者其精度低于出廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，我廠(chǎng)負(fù)責(zé)免費(fèi)維修或更換。

2、傳感器軸承的加脂周期：NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（采用強(qiáng)迫潤(rùn)滑的NJG型除外）中的滾動(dòng)軸承均采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，其加脂周期可參考下表：

備注：A、表中所給出的軸承加脂周期是按最高工作轉(zhuǎn)速每天工作8小時(shí)的條件考慮的，如果工作轉(zhuǎn)速低，或者每天工作時(shí)間短，加脂周期可適當(dāng)加長(zhǎng)。

B、對(duì)于NJ0、NJ1、NJ2等型號(hào)的傳感器，一般情況下工作轉(zhuǎn)速均高于600轉(zhuǎn)/分很少啟動(dòng)傳感器上的小電動(dòng)機(jī)，可不考慮大軸承的加脂問(wèn)題。

C、潤(rùn)滑脂的添加量不得多于軸承空隙體積的1/3—1/2，過(guò)多只能增高軸的工作溫度，對(duì)潤(rùn)滑是有害的，軸承工作轉(zhuǎn)速愈高，允裝量應(yīng)愈少。潤(rùn)滑脂建議采用2號(hào)白色特種潤(rùn)滑脂。

D、NJ3、NJ4型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器上裝有壓入式油杯，添加潤(rùn)滑脂可從此處壓入。其他型號(hào)的傳感器小軸承添加潤(rùn)滑脂時(shí)應(yīng)把軸承蓋卸下，添加完潤(rùn)滑脂后再裝上軸承蓋。NJ4型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器大軸承添加潤(rùn)滑脂時(shí)，應(yīng)先把機(jī)座上潤(rùn)滑脂添加孔上的緊定螺釘卸下，才能添加潤(rùn)滑脂。

E、NJ4型的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器其頂部小電動(dòng)機(jī)與套筒之間的傳動(dòng)鏈為齒輪傳動(dòng)。使用時(shí)應(yīng)保證齒輪上有適量潤(rùn)滑脂，其中間過(guò)輪的軸承支座內(nèi)，安裝有微型軸承，也應(yīng)定期添加適量潤(rùn)滑脂。

F、NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的標(biāo)定周期：NJ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器屬于精密計(jì)量?jī)x器，按國(guó)家計(jì)量部門(mén)的規(guī)定，為保證儀器測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性，不論使用與否，均應(yīng)定期返廠(chǎng)或送有相應(yīng)能力的計(jì)量單位重新標(biāo)定。我廠(chǎng)規(guī)定其標(biāo)定周期為兩年。