Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Датчик крутящего момента — измерительный преобразователь, который определяет момент, передаваемый через вал, по деформации этого вала под нагрузкой. Понять, как работает датчик крутящего момента, помогает цепочка: приложенный момент закручивает упругий элемент, на поверхности возникает деформация, а чувствительный элемент (чаще всего тензомост или магнитоупругий преобразователь) превращает её в электрический сигнал, пропорциональный моменту.
Ниже разобраны физический принцип (деформация вала при кручении), методы измерения — тензометрический, магнитоупругий и по углу закрутки, схема тензомоста и его ориентация под 45°, способы передачи сигнала с вращающегося вала (контактный и бесконтактная телеметрия), деление на статические и вращающиеся датчики, а также связь момента с мощностью и области применения. Единица крутящего момента — ньютон-метр (Н·м).
Датчик крутящего момента (момента силы) измеряет статический или динамический момент на вращающихся и неподвижных валах и осях. По метрологической терминологии измеритель крутящего момента силы — это комплект средств, включающий первичный преобразователь (собственно датчик), промежуточный преобразователь (усилитель) и показывающее устройство (индикатор). Методику поверки таких измерителей устанавливает ГОСТ Р 8.796-2012 действующий; он распространяется на приборы в широком диапазоне — от 1·10⁻⁴ до 5·10⁶ Н·м.
Момент нельзя измерить напрямую: его определяют косвенно — по деформации упругого элемента, которую преобразуют в электрический сигнал.
Датчики момента применяют на испытательных стендах двигателей, редукторов и трансмиссий, при контроле затяжки резьбовых соединений, в приводах насосов, вентиляторов и компрессоров, где момент связан с потребляемой мощностью. Единица крутящего момента — ньютон-метр (Н·м) — установлена ГОСТ 8.417-2024 действующий.
При передаче момента вал испытывает деформацию кручения. В его поперечных сечениях возникают только касательные напряжения (состояние чистого сдвига), а главные напряжения — растяжение и сжатие равной величины — направлены под углом ±45° к оси вала. Именно эти напряжения и связанную с ними деформацию регистрирует чувствительный элемент.
τmax = M / Wp
Wp = πd³ / 16
M
Wp
d
σ₁ = +τ
σ₃ = −τ
Валы обычно проектируют жёсткими, поэтому углы закрутки малы — доли и единицы угловой минуты. Измерять столь малую деформацию, да ещё на вращающемся валу, и передавать результат на неподвижную аппаратуру — основная техническая сложность, которую и решают разными методами.
Различаются по типу чувствительного элемента и физическому эффекту, лежащему в основе преобразования деформации в сигнал.
На упругий элемент (участок вала или встроенный торсион) наклеивают тензорезисторы, объединённые в мост. При деформации сопротивление плеч моста меняется, и в его измерительной диагонали появляется напряжение, пропорциональное моменту. Метод обеспечивает высокую чувствительность и линейность и является основным для точных датчиков.
Основан на свойстве ферромагнитных материалов изменять магнитную проницаемость под действием механических напряжений (магнитоупругий эффект). При кручении по направлению растяжения (45°) проницаемость возрастает, по направлению сжатия — снижается; эту анизотропию регистрируют обмотки на неподвижном статоре. Метод бесконтактный и механически прочный, но чувствителен к температуре и обладает гистерезисом.
Момент определяют по взаимному углу поворота двух сечений вала, разнесённых на известную базу. Практически измеряют сдвиг фаз сигналов от двух растровых дисков. Поскольку у жёстких валов углы малы, метод требует точной измерительной базы.
Так как главные напряжения при кручении направлены под ±45° к оси, тензорезисторы наклеивают именно вдоль этих направлений — по линиям растяжения и сжатия. Обычно применяют полный мост из четырёх тензорезисторов: два вдоль растяжения, два вдоль сжатия. Такая схема даёт максимальный полезный сигнал и одновременно компенсирует мешающие факторы — влияние изгиба, осевой силы и температуры.
Тензорезисторы и их характеристики нормирует ГОСТ 21616-91 действующий. Он классифицирует тензорезисторы (металлические проволочные и фольговые, полупроводниковые; одиночные и розетки) и задаёт, в частности, ряды номинального сопротивления и базы.
Значения сопротивления и базы вне указанных рядов допускается устанавливать в технических условиях на конкретный тип тензорезистора.
Питание тензомоста и съём его сигнала с вращающегося вала — отдельная задача. Применяют два подхода: контактный и бесконтактный (телеметрический).
Бесконтактная передача устраняет износ и повышает надёжность на высоких оборотах. При трансформаторной связи и переменное напряжение питания моста, и измерительный сигнал передаются через вращающийся трансформатор. Цифровая радиотелеметрия дополнительно повышает устойчивость к электромагнитным помехам от соседних приводов.
По характеру работы датчики момента делят на две группы.
Вращающиеся датчики измеряют момент непосредственно на работающем валу и незаменимы в приводах и на стендах. Статические (реактивные) проще по съёму сигнала, но применимы там, где момент можно измерить по реакции на неподвижной опоре.
На вращающемся валу момент напрямую связан с передаваемой мощностью через угловую скорость — это позволяет по измеренному моменту и частоте вращения определить мощность.
P = M · ω
ω = πn / 30
P
ω
n
Н·м · с⁻¹ = Вт
M = 100 Н·м
n = 3000 об/мин
ω = π · 3000 / 30 ≈ 314 рад/с
P = 100 · 314 ≈ 31 400 Вт ≈ 31,4 кВт
Передаваемый момент немного закручивает вал. На поверхности возникает деформация, которую чувствительный элемент — тензомост или магнитоупругий преобразователь — превращает в электрический сигнал, пропорциональный моменту. Сигнал усиливают и передают на индикатор.
При кручении главные напряжения — растяжение и сжатие — направлены под углом ±45° к оси вала. Чтобы тензорезисторы воспринимали именно эти напряжения, их ориентируют вдоль указанных направлений; это даёт наибольший сигнал и компенсацию помех.
Двумя способами. Контактным — через токосъёмные кольца со щётками. Бесконтактным (телеметрическим) — через вращающийся трансформатор (индуктивно) или по радиоканалу с оцифровкой сигнала на валу. Бесконтактный способ надёжнее на высоких оборотах.
Тензометрический измеряет деформацию мостом из тензорезисторов, наклеенных на вал, и требует передачи сигнала с ротора. Магнитоупругий измеряет изменение магнитной проницаемости материала под напряжением обмотками на статоре — он бесконтактный, но чувствителен к температуре и имеет гистерезис.
Вращающийся датчик ставят в разрыв вала, и он измеряет момент при вращении. Статический (реактивный) закрепляют на неподвижном корпусе, и он измеряет реактивный момент; съём сигнала у него проще — по обычному кабелю.
В ньютон-метрах (Н·м) — это единица момента силы по действующему стандарту единиц величин. На валу момент связан с мощностью: P = M·ω, где ω — угловая скорость.
По диапазону момента, характеру нагрузки (статическая или динамическая), частоте вращения, требуемой точности и способу передачи сигнала. Для высоких оборотов и длительной работы предпочтителен бесконтактный (телеметрический) съём, для простых задач достаточно контактного.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.