摘要：本文首先分析了扭矩在线检测发展历史及现状，在此基础上深入探讨了扭矩测量原理及传感器关键就似乎，选用数据采集与工业计算机，分析介绍了一套烧结单辊破碎机主轴扭矩在线检测系统，可实现扭矩实时在线检测。
关键字： 烧结，单辊破碎机，主轴扭矩，在线检测
扭矩作为反映机械系统性能的典型指标之一，已经成为机械产品研制、质检和优化分析中的重要内容。在工业用大型机械设备的动力系统中，传动轴上的扭矩分析是重要而常用的参数，选用合适的扭矩传感器，实现设备扭矩的实时监控，并采用相应措施进行控制，是保证设备安全平稳运行的重要手段。但是，在很长一段时期内，烧结单辊破碎机主轴扭矩在线检测问题没有得到很好的解决，传统的扭矩检测手段不能满足大型工业生产现场精确控制的要求。
1、扭矩在线检测现状分析
1.1 扭矩在线检测发展历史及现状
在工业生产现场中，扭矩的变化时实时的，及时跟踪并采集扭矩数值，对于设备的精确控制有直接影响。分析认为，扭矩的在线检测技术主要包括以下几部分：（1）扭矩传感器。借助于扭矩传感器，能够读取或测量扭矩值，并将其转换为其他物理量完成传输。（2）信号处理系统。该系统主要实现采集数据量的整形、转换、放大等功能，是扭矩在线检测实现的重要桥梁。（3）计算机控制系统。计算机凭借其强大的数据处理能力，主要担负数据运算、处理和输出等功能。
扭矩在线检测技术的发展发展转主要分为以下四个阶段，首先是上世纪40年代，部分科研工作者提出了扭矩在线检测的命题，并制造了最初的扭矩传感器；其次是上世纪50年代末，数字化仪表逐渐兴起，一方面将检测精度和速度提升了几个数量级，另一方面也实现了计算机系统的对接；再次是在上世纪80年代，一种新型的测量设备—虚拟仪器在扭矩测量中得以应用，能够实现不同平台之间的数据传输；最后是21世纪，信息传输和计算机技术进一步发展，打通了在线检测的主要技术壁垒，基本实现了烧结单辊破碎机主轴扭矩在线检测。
1.2 计算机辅助测试技术
计算机辅助技术简称为CAT，指的是借助于计算机技术，实现信号的连续采集和处理，并实时显示。使用该项技术能够大大提升检测的效率，并能够通过内置的参数和公式完成温度校正、非线性校正等多项校正功能，在提升检测精度的同时降低了对于硬件设备的要求，同时也是主轴扭矩在线检测向智能化发展的关键。
2、烧结单辊破碎机主轴扭矩在线检测方案
2.1 扭矩传感器原理
在主轴扭矩在线检测中，常用的扭矩测量原理包括以下三类：
（1）扭矩法。扭矩法也称作传递法，是利用弹性元器件的传递扭矩过程中的物理参数的变化，得到扭矩的变化值，其中关键的物理量包括应力、应变和弹性元件的变形。传递法测量扭矩的基本思路为通过扭矩传感器，检测出扭矩在传递过程中弹性元件的应变、应力或变形等物理参数的变化，将该变化转为易于接受的信号(一般为电信号)，然后经过信号的进一步处理和显示，得出待测扭矩的具体数值。在使用扭矩法测量过程中，关键的问题是利用何种方式高效的完成旋转传动轴上获取的扭矩信号向信号分析装置的传递，现阶段主要使用动态扭矩测量仪、红外扭矩测量仪和应力应变扭矩测量仪三类。
（2）平衡力法。平衡力法也可称之为反力法，主要是通过测量设备的平衡力矩，确定扭矩的大小。在实现过程中，把待测机械整体放置于摩擦力矩较小的平衡支撑上，并开动机器使之处于匀速状态下，调整测试状态，使机壳外部的力矩和主轴上的力矩平衡，推算待测量扭矩。
（3）能量转换法。
能鲁转换法通过将扭矩转化为电信号等其他物理量来实现测量过程，在具体实现中存在的问题较多，尚处于理论研究阶段。
本次扭矩在线测量使用扭矩法。同时结合烧结单辊破碎机主轴工作环境，决定使用变形法进行扭矩信号的获取，并通过特定的转换装置，将扭矩信号转换为电信号。
2.2 传感器关键部件
现实应用中常使用非断轴式和断轴式两种方式实现主轴与传感器的连接，对于部分重要机械设备或者重型机械，如果在机械设计过程中没有安装扭矩检测装置，同时后期改装过程中不能断开主轴，则使用断轴式传感器不现实。本文中使用非断轴式连接。
在传感器电路设计中，重点包括信号转换电路、信号传输电路和信号调节电路。其中信号转换电路原理分析如下：将应力应变信号转化为电阻信号的变化，在此基础上转换为电路中电流、电压信号的变化。本次试验使用电桥电路实现，考虑到低漂移集成信号放大器的使用，建议使用直流电桥。
信号传输电路中的信号传输方式使用非接触式，该种方式能够在元件不接触的条件下，通过测量空间的交变电磁场强度，在电磁感应原理的指导下，使用无线电波、遥测技术，完成信号的传输。
信号调节电路主要实现直流电压信号向交流信号的转换。信号转换电路中输出的直流电压信号较弱，在传输过程中容易失真，为此需要信号调节电路在保证信号准确的基础上，实现变频。
2.3 传感器灵敏度阈值
灵敏度阈值也是影响扭矩传感器性能的主要指标之一，指的是扭矩传感器能够测量的最小扭矩变化。仪器设计中使用的半导体应变片分辨率小于1微应变，但是综合考虑其他环节中可能产生的误差，最终确定应变片分辨率为1的微应变计算。拟定传感器灵敏度阈值理论值为236N m，为最大量程的0.9‰，满足测量要求。在最大扭矩250kNm条件下，应变片的最大应变没有超出应变极限。
2.4 传感器扭矩标定
测试系统标定是投入使用前的必要环节，主要是调节系统误差、测量精确度、灵敏度等指标。本次研究的重点是传感器扭矩标定，标定的方法主要包括以下几类：（1）对比法。该方法通过将待标定的扭矩在线测试仪与标准仪器串联测量，在承受相同扭矩的条件下，校正两者的差值。该方法要求标准仪表的各项测量指标均高于待测仪表。（2）静止标准扭矩法。对比法虽然原理简单，但是生产高精度的旋转标准扭矩仪较为困难，所以在具体应用中多食用能够产生净值扭矩的标准仪器上进行静态标定。本文建议使用力臂杠杆式，标定过程中，扭矩传感器的一端与利比杠杆相连，另一端与另一个力臂杠杆相连，通过对杠杆或者分度头的调节，实现力臂杠杆在不同扭矩条件下的平衡状态。除此之外，在大量程扭矩传感器的标定中，也可使用相似法，尤其是扭矩测量值大于30 k Nm时，该种方法应用较多。
3、结语
针对于单辊破碎机过载问题，本文探讨了烧结单辊破碎机主轴扭矩在线检测技术，在分析扭矩在线检测发展历史及现状的基础上，基于扭矩传感器原理分析和关键零部件的研究，开发出了一套高灵敏度的主轴扭矩在线检测系统。可以看到，现阶段测控技术的主流发展方向是基于PC机的虚拟仪器方向，该技术已经广泛应用于航空航天和生物医药领域，在烧结行业中还需要进一步探讨其可行性和经济指标。综合来看，单辊破碎机主轴扭矩在线检测能够实现扭矩的实时监控，在搭配过载保护装置后，能够实现检测基础上的监控，对于烧结单辊破碎机安全平稳运行具有重要意义。
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