转矩是驱动调速电机对外表现的最重要的参数，准确测量转矩对于驱动系统特性的研究非常重要。

转矩测量的常用方法有测功机法、校正过的直流电机法、转矩仪法。现代的转矩仪一般同时能够测量转速，所以又称为转速转矩仪，其信号能够方便引入数据采集设备中，从而实现测试自动化和数据处理的实时性，目前得到了较为广泛的应用。但是如果测功机的测量信号能够对外开放，可以引入数据采集系统中，那么基于测功机的转矩测量将是更加紧凑的方法。

1.测功机法

测功机是根据力的平衡原理设计的。目前常用的测功机有电涡流测功机、磁粉测功机和电力测功机等。由于电涡流测功机和磁粉测功机只能被动测量被测电机的性能，而不能够实现对被测系统的反向拖动，无法实现驱动系统的工况，所以电力测功机在电驱动系统测试中得到了广泛的应用。

从原理上说，电力测功机就是一台电机（直流或者交流），但与普通电机不同的是，电力测功机的定子受到转矩作用后，可以偏转一定的角度，用杠杆装置对定子施加平衡力矩，并由测力计指示轴上转矩的大小。当被测电机作为电动机运行的时候，电力测功机就作为发电机运行；当被测电机作为发电机运行的时候，电力测功机就作为电动机运行，从而实现对电传动驱动系统的全面工况的测试。

2.转速转矩仪法

目前独立的数字式转速转矩仪已经得到了广泛的应用，主要有相位差式和应变片式两种。

（1）相位差式转速转矩仪

相位差式转速转矩仪的基本原理是：通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。其工作原理如图9-9所示。

在一根弹性轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一组信号线圈，在信号线圈内均装有磁钢，与信号齿轮组成磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及齿谷交替周期性地扫过磁钢的底部，使气隙磁导产生周期性的变化，线圈内部的磁通量亦产生周期性的变化，使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，因此可以用来测量转速。这两组交流电信号之间的相位与其安装的相对位置及弹性轴所传递转矩的大小及方向有关。当弹性轴不受扭时，两组交流电信号之间的相位差只与信号线圈及齿轮的安装相对位置有关，这一相位差一般称为初始相位差，在设计制造时，使其相差半个齿距左右，即两组交流电信号之间的初始相位差在180°左右。在弹性轴受扭时，将产生扭转变形，使两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内，相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。把这两组交流电信号用专用屏蔽电缆线送入微机转矩仪或通过具有测量功能的转矩卡送入计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。

图9-10所示为国内某型号转矩转速传感器机械结构图，图9-11为其外形图。其结构与其工作原理图的差别是很大的，其中，为了提高测量精度及信号幅值，两端的信号发生器是由安装在弹性轴上的外齿轮、安装在套筒内的内齿轮、固定在机座内的导磁环、磁钢、线圈及导磁支架组成封闭的磁路。

(www.daowen.com)

图9-9 相位差式转速转矩仪原理图

图9-10 转矩转速传感器机械结构图

图9-11 转矩转速传感器外形图

（2）应变片式转速转矩仪

该转矩传感器的检测敏感元器件是电阻应变桥。将专用的测转矩应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上以组成应变电桥，只要向应变电桥提供电源即可测得该弹性轴受转矩的电信号，然后将该应变信号放大，再经过压-频（V-F）转换变成与转矩应变成正比的频率信号。传感器的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环形旋转变压器承担的，因此可实现能源及信号的无接触传递。该应变传感器的测量原理如图9-12所示。

图9-12 应变片式转速转矩仪测量原理

国内某型号转速转矩仪采用在一段特制的弹性轴上粘贴专用的测转矩应变片并组成电桥，以形成基础转矩传感器，然后在轴上再固定能源环形旋转变压器的二次绕组、轴上印制电路板和信号环旋转变压器的一次绕组。电路板上包含整流稳压电源、仪表放大电路及V-F转换电路。在传感器的外壳上固定着励磁电路、能源环形旋转变压器的一次绕组、信号环形变压器的二次绕组及信号处理电路。传感器电路部分在工作时，由外部电源向传感器提供±15V电源，励磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2003功率放大器即产生交流励磁功率电源，通过能源环形旋转变压器从静止的一次绕组T₁传递至旋转的二次绕组T₂，然后将得到的交流电源通过轴上的整流、滤波电路处理后变成±5V的直流电源。再将该电源作为运算放大器AD822的工作电源，并由基准电源AD589与双运放AD822组成高精度稳压电源，以产生±4.5V的精密直流电源，该电源既可作为应变电桥电源，又可作为仪表放大器及V-F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测到的毫伏级应变信号通过仪表放大器AD620将其放大成（1.5±1）V的强信号，再通过V-F转换器LM331变换成频率信号，此信号通过信号环形旋转变压器，从旋转轴传递至静止的二次绕组，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的转矩成正比的频率信号输出。