在彈性軸的兩端，安裝有兩個相同的齒輪，在齒輪上方分別安裝有兩個相同的、繞在磁鋼上的信號線圈。彈性軸兩端分別與動力軸和被測軸固定。彈性軸轉(zhuǎn)動時，由于磁鋼與齒輪的齒和齒間氣隙的磁導(dǎo)率的交替變化，在兩個信號線圈中分別感應(yīng)出兩個交變電勢e1和e2，此兩電動勢有一恒定的初始相位差。當(dāng)彈性軸受到扭矩T作用時，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，兩齒輪將有相對扭轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致兩電動勢的相位差發(fā)生變化，測出相位差的變化，即可求得扭矩T，而且根據(jù)其電動勢的頻率還可同時測出轉(zhuǎn)速值。因為兩電動勢的信號較弱，所以要先進(jìn)行信號放大，然后送入相位差檢測器中檢測其相位差。

　　扭矩的測量有相位差式和電阻應(yīng)變式等。這里只簡單介紹相位差式扭矩測量中的磁電式扭矩傳感器的工作原理和測量電路。

　　磁電式扭矩傳感器如何測量

　　磁電式扭矩傳感器的測量原理圖如下圖所示。

　　扭矩傳感器自出現(xiàn)，在短短時間內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用于各個行業(yè)中，成為傳感器家族中不可或缺的一個品種。

　　相位差測量電路

　　上圖是相位差檢測器原理圖，圖中Al、A2是兩個過零比較器，R1、R2起限流作用，其參數(shù)選擇視輸入ui1與ui2的大小而定。設(shè)ui1超前ui2，當(dāng)此二信號經(jīng)兩對反并聯(lián)的二極管限幅后，進(jìn)入比較器Al和A2，再經(jīng)異或門后便得出脈沖寬度等于兩個電壓相位差的信號。

　　這里兩對反并聯(lián)的二極管的限幅作用是必要的。因為對于選擇好的參數(shù)R1、R2和二極管，只要保證R1、R2和二極管能承受ui1和ui2的波動，D和E兩點的電位永遠(yuǎn)不會超過0.7V，從而保證了Al和A2不致因電壓過高而損壞。

　　向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生４００Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±５V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器AD620放大成1.５v±1v的強(qiáng)信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動--靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　在整個扭矩檢定系統(tǒng)中，據(jù)矩標(biāo)準(zhǔn)器可分為兩類。第一類為產(chǎn)生（或復(fù)現(xiàn)）扭矩值的固定式標(biāo)準(zhǔn)器。第二類為傳遞扭矩值的各種便攜式標(biāo)準(zhǔn)器。后者按其測量原理可分為百分表式、應(yīng)變式、光學(xué)式、磁電式、電容式、鋼弦式、機(jī)械式、磁彈式、光彈式扭矩儀等?！　∫?、 計量基準(zhǔn)器具

　　1、扭矩值國家基準(zhǔn)。根據(jù)我國目前情況，它們由1kN·m和5kN·m兩臺靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)且成。

　　靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)是以砝碼產(chǎn)生的重力作為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，通過準(zhǔn)確測量其力臂的杠桿機(jī)構(gòu)將力矩按預(yù)定順序自動地加到被檢扭矩儀上。這種扭矩機(jī)的計量學(xué)性能主要取決于力值的不確定度，力臂的不確定度等。前者又取決于砝碼質(zhì)量的不確定度，安裝地點的重力加速度的測量不確定度，砝碼和空氣密度的測量不確定度以及砝碼的加卸方式、機(jī)械結(jié)構(gòu)和質(zhì)量穩(wěn)定度等。后者與力臂杠桿的構(gòu)造、刀刃和刀承的構(gòu)造以及加工安裝質(zhì)量等密切相關(guān)。此外，還與力臂杠桿的水平控制程度有關(guān)。

　　基準(zhǔn)機(jī) 扭矩總不確定度（%） 扭矩值范圍：（N·m） 最小扭矩；（N·m） 力臂名義值；（m） 小砝碼 大砝碼

　　單個名義質(zhì)量×數(shù)量 單個名義質(zhì)量×數(shù)量：1kN·m 0.01 10-1090 10 0.4 左側(cè) ×9 左側(cè) ×10；右側(cè) 2.5kg×9 右側(cè) 25kg×10；5kN·m 0.01 50-5450 50 1.0 左側(cè) ×9 左側(cè) ×10，右側(cè) 5kg×9 右側(cè) 50kg×10

　　備注：

　　1、總不確定度的置信系數(shù)為3；

　　2、左、右兩側(cè)砝碼分別產(chǎn)生正、反兩個方面扭矩。

　 ? ?扭矩傳感器計量標(biāo)準(zhǔn)器具

　　1、標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀，作為傳遞基（標(biāo)）準(zhǔn)扭矩值的扭矩儀有兩個主要技術(shù)指標(biāo)，其一是重復(fù)性R，其二是穩(wěn)定度Sb。根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的準(zhǔn)確度水平，作為基準(zhǔn)扭矩值與標(biāo)準(zhǔn)扭矩值之間的傳遞和比對工作的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀被分為三級：0.03級，0.05級和0.1級。根據(jù)R和Sb一般均應(yīng)不大于被檢扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的扭矩值不確定度的三分這一的要求，應(yīng)盡可能用0.03級標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀檢定0.1級的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。在該條件達(dá)不到時，也允許用0.05級標(biāo)準(zhǔn)扭奧林匹克儀對其進(jìn)行比對，這時應(yīng)考慮上級標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)對下級標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的影響。借助并聯(lián)法，0.05級和0.1級標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀可用于0.3級大型扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的檢定。作為標(biāo)準(zhǔn)扭矩值與工作計量器具扭矩值的傳遞具的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀也分為三級：0.3級，0.5級和1級。0.3級標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀用于檢定扭矩值總不確定度不超過1%的扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)或其它轉(zhuǎn)矩測量裝置。各級標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀均可用于平衡扭矩測量裝置和能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩測量裝置的扭矩值比對和檢定中。

　　2、扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。目前國內(nèi)已有的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)同扭矩基準(zhǔn)機(jī)一樣皆屬靜重式。它們的最大扭矩值范圍為20N·m-120kN·m。最大扭矩值不超過5kN·m的機(jī)器的扭矩值的總不確定度δ不超過1×10-3，最大扭矩值超過5kN·m的機(jī)器的扭矩值的總不確定度δ不超過3×10-3。這類機(jī)器的不確定度的影響因素與靜重式扭矩基準(zhǔn)機(jī)相同，一般用相應(yīng)等級的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀對其進(jìn)行檢定，確定它的扭矩總不確定度（或示值誤差）。對于要求較高的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，可以借助部件檢定，由測量和計算確定扭矩值的總不確定度，同時用重復(fù)性和穩(wěn)定度盡可能小的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀，將其與扭矩國家基準(zhǔn)進(jìn)行量值比對，以保證扭矩值的準(zhǔn)確一致。

　　標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置

　　1、靜重式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：這種裝置實際上是專門用于扭矩扳子檢定的靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其原理、基本結(jié)構(gòu)和精度分析等均與一般的靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)相同。

　　2、機(jī)械式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：這種裝置在扳子的尾部，用手動直接或間接施加扭矩，其頭部與一個承扭彈懷體同軸串接，彈性體受扭產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角經(jīng)過一定的傳遞放大后，根據(jù)彈性體的扭轉(zhuǎn)角與承受的扭矩成正比的關(guān)系，由表盤直接讀出扭矩值。該裝置用隨機(jī)所帶的杠桿和砝碼進(jìn)行檢定，通過測量與計算確定其扭矩值的總不確定度。該值主要取決于彈性體、傳遞與測量裝置的重復(fù)性、直線度、長期穩(wěn)定度以及檢定裝置的精度指標(biāo)等。目前國內(nèi)已有的這種裝置的扭矩值范圍為4-400N·m，扭矩值的總不確定度δ不超過2%。

　　3、液壓式扭矩扳子檢定裝置：這種裝置利用液壓油缸活塞系統(tǒng)，通過一定長度的杠桿將扭矩值施加到被檢扳子上，標(biāo)準(zhǔn)扭矩值的總不確定度主要取決于油缸內(nèi)油壓的測量準(zhǔn)確度，油缸的有效面積和力臂杠桿長度等測量準(zhǔn)確度。目前國內(nèi)已有20 N·m的液壓式扭矩扳子檢定裝置，其扭矩值總不確定度δ不超過1%。

　　4、串接式標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置：在這種裝置上，被檢扭矩扳子與標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀（通常用應(yīng)變式扭矩傳感器）同軸串接。在同步施加扭矩后，通過比對方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀的技術(shù)數(shù)據(jù)確定被檢扭矩扳子的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)。目前國內(nèi)已有3kN·m和2kN·m兩種串妝式扭矩扳子檢定裝置，其扭矩值總不確定度δ優(yōu)于0.5%，該總不確定度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)傳感器和其測試儀表的重復(fù)性、直線度和長期穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)，以及標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器和被檢扭長扳子的連接方式、連接質(zhì)量等。

　　此外還有由壓力試驗機(jī)和有關(guān)專用附件組成的扭矩扳子檢定裝置等。

　　工作計量器具

　　1、扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)。該機(jī)主要用于金屬等原材料的扭轉(zhuǎn)性能的試驗。其扭矩值的總不確定度不超過1%（通常以示值誤差形式給出）。該機(jī)既可用0.3級以上的標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀檢定，也可用隨機(jī)所帶校驗杠桿和砝碼進(jìn)行檢定。

　　2、扭矩扳子。扭矩扳子按其示值誤差分三個等級：2級、3級和5級，三者均由標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置進(jìn)行檢定。這里應(yīng)指明，本節(jié)所述的扭矩扳子也包括扭矩改錐。同樣，4條中所述標(biāo)準(zhǔn)扭矩扳子檢定裝置也包括標(biāo)準(zhǔn)扭矩改錐檢定裝置。

　　3、其它扭矩儀。這主要指在實際機(jī)械的轉(zhuǎn)矩測量中所使用的一系列不同原理、不同結(jié)構(gòu)、不同量程和不同準(zhǔn)確度等級的轉(zhuǎn)矩傳感器和扭矩儀，根據(jù)其量程和準(zhǔn)確度的需要，用相應(yīng)的扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)或?qū)Ｓ脵z定裝置進(jìn)行檢定。

　　4、平衡類轉(zhuǎn)矩測量裝置。這類裝置是根據(jù)驅(qū)動機(jī)械（即原動機(jī)）或制動機(jī)械（即制動器）機(jī)體上作用的平衡力矩的大小來測量轉(zhuǎn)矩的裝置。它通常由主機(jī)、平衡支承及平衡力測量機(jī)構(gòu)三部分組成，并按三者的不同加以分類。平衡力矩的大小通過平衡力和力臂長度等的測量來確定。因此，二者的測量誤差及平衡支承磨擦力矩等是決定這類機(jī)器的轉(zhuǎn)矩測量不確定度的主要因素。這種裝置的轉(zhuǎn)矩值范圍為10-105N·m，總不確定度在0.3%-5%范圍內(nèi)。

　　5、能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩測量裝置。這是根據(jù)其它能量參數(shù)（如電能參數(shù)）測量轉(zhuǎn)矩的裝置。通常是根據(jù)所測出的功率、轉(zhuǎn)速、效率等來確定其轉(zhuǎn)矩。為了確定相同工作情況下的效率，常常在使用前由標(biāo)準(zhǔn)扭矩儀來確定其效率。這種裝置一般由直流電機(jī)組成。其轉(zhuǎn)矩值范圍為 N·m，總不確定度在1%-10%范圍內(nèi)。

　　特點

　　1、既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；

　　2、既可以測量靜態(tài)扭矩，也可以測量動態(tài)扭矩；

　　3、檢測精度高，穩(wěn)定性好；抗干擾性強(qiáng)；

　　4、體積小，重量輕，多種安裝結(jié)構(gòu)，易于安裝使用；

　　5、不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩；

　　6、沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件，可以高轉(zhuǎn)速長時間運(yùn)行；

　　7、傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機(jī)處理；

　　8、測量彈性體強(qiáng)度大可承受100%的過載。

　　應(yīng)用范圍

　　1、檢測發(fā)電機(jī)，電動機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率。

　　2、檢測減速機(jī)，風(fēng)機(jī)，泵，攪拌機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)，螺旋槳，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。

　　3、檢測各種機(jī)械加工中心，自動機(jī)床的工作過程中的扭矩。

　　4、各種旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率；

　　5、檢測扭矩的同時可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力。

　　6、可用于制造粘度計，電動（氣動，液力）扭力扳手。

　　在電機(jī)測試系統(tǒng)當(dāng)中，扭矩的測量往往是通過扭矩傳感器來實現(xiàn)的。下圖是典型的電機(jī)扭矩測試方式：