提升数字显示液压扳手性能的改进方法

    德国进口液压扳手厂家普朗特一直致力于液压机具包含液压扳手、数显扭矩扳手等产品的技术研发，期望通过企业的技术升级换代能给行业带来一些改变。市场销售的人员也不断从客户现场一线情况反馈到公司技术研发部门，根据市场的需求不断调整适合市场的产品。

    今天，普朗特液压扳手公司给大家来讲述的是数字显示扳手的性能改进方案。

    针对目前用于液压扳手的绕线式和滑环式传感器的不足，使用一种新的非接触式扭矩传感器。在处理传感器输出的两列电压信号时，选用了一个双稳态触发器将两列存在相位差的电压信号转换成一列电压信号，最终将该电压信号输入到单片机中。测量占空比，然后通过转换计算出实际的扭矩值并在显示屏中显示出来。实验结果表明，改进后的扭矩液压扳手的精确度是符合要求的。

    目前，数显扭矩液压扳手使用的传感器绝大多数为绕线式和滑环式的。在扭矩扳手的主转轴转动时，绕线式传感器的绕线容易缠绕在主转轴上，结果导致绕线易断，整个传感器被破坏。滑环式传感器需要多个滑环构成，成本高，精确度低。针对这个情况 ，选用了一种新型的非接触式传感器。

    1、非接触式传感器的原理

    非接触式传感器是动态的磁电感应传感器，它是利 用具有机械弹性的被测轴在转矩作用下产生弹性变形， 两横截面的相对扭转角与转矩成正比的原理来测量转矩的。在转动轴 表面贴两 片非 晶态合金 薄带 ，当转轴不受转矩作用时，两传感器输出信号有一初始相位差。承载后，该相位差将随非晶态合金薄带所在横截面之间的相对扭转角的增加而增大，其大小与相对扭转角、转矩成正比。一般由产生信号的转矩传感器和测量信号相位差的测量 电路两部分组成，如图1所示 。

    工作原理如图1所示，在转轴上A和B两处分别附着一定厚度的非 晶态合金薄带条。磁电式传感器测量探头c和D对准非晶态合金薄带安装。当转轴不受转矩作用时，两传感器输出信号有一初始相位差。承载后，该相位差将随非晶态合金薄带所在横截 面之间的相对扭转角的增加而增大，其大小与相对扭转角、转矩成正比。当转轴传递转矩时，由于转轴的扭转变形，A和B两端所在的端面产生相对扭转角△，使得两个信号的相位关系发生变化，如图2所示。

    2、相位差的测量与计算

    从非接触式传感器两端输出的电压信号有两路。这两路电压信号的电压最大幅值是一样的，但是由于相位不一样，存在相位差，导致电压信号的大小不一样。 首先将这两列电压信号放大滤波，然后把这两列输入到双稳态触发器中，如图3所示 。

    3、数显扭矩液压扳手内部电路整体框图

    内部电路整体 框图如图4所示。首先，通过按键设定标准的扭矩值；使用扭矩扳手拧紧固件时随着拧紧的程度，扭矩值增大；由非接触式扭矩传感器采集电压信号，然后将信号经过放大滤波，再输入到相位差测量电路 中；再将处理过的电压信号输入到单片机中，直接测量占空比；经过计算，将扭矩的实际值在显示屏中显示出来。同时，当实际扭矩值接近设定值时，预警装置发出警告。

    在分析控制器驱动电路结构的基础上，设计了功率管并联的驱动电路，由于并联功率管驱动电流的需要，通过推挽驱动并联功率管，提高了控制器的动态性能。最后利用Muhisim建立仿真模型，获得了良好的动态性能。

    感谢山东理工大学交通与车辆工程学院高锋健、任传波提供技术资料的支持。

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