NJ型转矩转速传感器使用说明书

概         述

NJ型转矩转速传感器与NC型扭矩测量仪或CB系列扭矩测试卡配套使用。是一种测量各种动力机械转动力矩、转速及机械功率的精密测量仪器。其用途十分广泛，在电机、风机、水泵、齿轮及齿轮箱、铁路机车、汽车拖拉机、飞机、船舶、矿山机械、液压气动元件等几乎所有机械制造部门及其科研院所、大专院校均有广泛的应用。

一、           NJ型转矩转速传感器的基本原理：

NJ型转矩转速传感器的基本原理是：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。

NJ型转矩转速传感器的工作原理如图1。在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的扫过磁钢的底部，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扭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度左右。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NC型扭矩测量仪或具有其功能的扭矩卡送入计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。图2是NJ型转矩转速传感器机械结 构图。其结构与图一的工作原理图差别是很大的，其中，为了提高测量精度及信号幅值，

图2、  NJ型转矩转速传感器机械结构图

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。其中，外齿轮、内齿轮是齿数相同互相脱开不相啮合的。套筒的作用是当弹性轴的转速较低或者不转时，通过传感器顶部的小电动机及齿轮或皮带传动链带动套筒，使内齿轮反向转动，提高了内、外齿轮之间的相对转速，保证了转矩测量精度。但是，此时输出信号的频率不能用来测量转速。解决的办法是建议用户另外增加转速传感器（如NJ0、NJ1D、NJ2等）或者在传感器上增加一个转速传感器（如NJ3、NJ4等），因为是磁电式传感器，在转速过低时仍然不能保证转速的正确测量。为此，又派生了NJ*D型低速系列转矩转速传感器产品。NJ*D型低速转矩转速传感器的解决方法是增加了套筒测速头及安装在套筒上的测速齿轮，其测速头的信号送入NC-2A型扭矩测量仪进行数据处理，不论套筒是否转动，其输出的转速信号始终是弹性轴的实际转速，即使转速为零也是如此。

二、性能指标

转矩测量精度：分为0.1级和0.2级。

（1）静校——直接用砝码产生标准力矩校准时，其测量误差0.1级不大于额定值的

±0.1%；0.2级不大于额定值的±0.2%。

（2）转速变化的附加误差——在规定转速范围内变化时，转矩读数变化不大于额定转矩的±0.1%(国家标准为±0.2%)。

（3）NJ型转矩转速传感器系列规格见下表：

附注：1）当转速低于600转/分时，为保证转矩测量精度，必须启动传感器顶部的小电动机，并使电机的旋转方向与弹性轴的转向相反。

2）NJL型转矩转速传感器，可立式安装，并可承受一定的轴向力，如传感器的自重。

3）转矩测量过负载能力：

a）、在超载不大于120%额定转矩时，仍然能保证转矩测量精度。

b）、在短时冲击负载不大于300%额定转矩时，负载消失后，转矩零点读数变化不大于±0.1%。

三、使用安装           

NJ型转矩转速传感器本身只传递被测转矩而不能吸收功率（传感器内部的功率消耗一般可忽略不计），也不能产生功率。因此，当被测机械为原动机（如电动机、内燃机）时，为了使被测机械所产生的机械功率被吸收，必须与一定的负载连接。负载可以是电力测功机、电涡流测功机、水力测功机、直流或交流发电机、磁粉制动器等，也可以选择其他类型机械作负载。当被测机械为负载（如发电机、风机、水泵，齿轮箱、液压油泵）时，应与一定的原动机相连接。在测量齿轮箱等设备的机械效率时，应按扭矩的大小选择规格合适的转矩转速传感器，否则将影响机械效率测量的精度。

1、   安装方式：

NJ型转矩转速传感器使用时的安装方式如图3所示。应注意的是传感器的驱动端与原动机相连。增加中间支承的目的是为了保证传感器不受因频繁更换测试设备造成安装同轴度的变化，由此引起测试数据的变化，同时可避免因安装不同轴而使传感器承受弯矩，从而引起测试数据不稳定。如果能保证安装同轴度，或者由于安装场地的限制，可去掉中间支承。

2、   安装基础：

原动机、传感器、负载及中间支承应安装在稳固的基础上，必须避免过大的震动，否则将可能发生数据不稳，降低测量精度，甚至损坏传感器的现象。

3、   联轴器：

采用一般弹性柱销式联轴器即可，但应尽可能减少联轴器的质量，这对小规格传感器尤其重要。为了使传感器不承受弯矩，我们推荐采用扰性联轴器（例如尼龙绳联轴器），这将显著改善传感器的工作条件，保证测量精度。对高速型转矩转速传感器的用户推荐采用梅花行弹性联轴器，也可采用刚性联连接，但同轴度安装必须保证在0.01mm以内。

图3、一般安装方式

1、   安装同轴度：

为了避免在传感器弹性轴上产生弯矩，在安装时必须使原动机、传感器、负载三者之间具有较好的同轴度（一般应保证在0.05mm以内，对高速型转矩转速传感器应保证在0.02mm以内）。当存在弯矩时，将会降低测量精度，在某些情况下，甚至可能使弹性轴损坏。在使用小规格传感器时，尤其应保证安同轴度。NJ型转矩转速传感器的安装一般为水平安装，也可以作垂直或任意角度的安装，但不允许传感器承受过大的轴向力。

2、   传感器与仪器的联接：

NJ型转矩转速传感器与NC型扭矩测量仪应用随机购买的专用屏蔽电缆线连接。连接方式是信号输出Ⅰ与仪表背面的信号输入Ⅰ相连，信号输出Ⅱ与仪表背面的信号输入Ⅱ相连，并按照NC型扭矩测量仪使用说明书的操作说明把传感器铭牌上的规格、量程、齿数等有关参数置入仪器中。使用NJ3、NJ4等带有外转速传感器的传感器时，须另用一根屏蔽电缆线使传感器的外转速输出与仪表的外转速输入插座相连，仪器的转速选择开关掷成“外”（JW-1A等老型仪表），齿数置入“60”。对NJ*D型转矩转速传感器用一根屏蔽电缆线使传感器的套筒转速输出与仪表的外转速输入插座相连，然后利用NC-2A的“扣除/记录”键即可得到传感器主轴的实际转速。需要说明的是只有NC-2A型扭矩测量仪或CB系列扭矩测试卡才有此功能。

3、   仪器的零点调整：

这是开始试验前的很重要的一个步骤。零点调整不好，将响测量精度。零点调整方法比较多，应根据试验的条件不同而采用不同的调零方法，有可能提高测量精度。调零的目的是使转矩为零时，仪器的转矩显示也为零。

Ⅰ、零点调整方法：

在负载不允许脱开，而且试验时转速变化范围比较大时，调整零点的方法是启动传感器顶部的小电动机，并使其转向与试验时轴的旋转方向相反，按仪器“清零”键，使仪器转矩显示为零，停止小电动机转动，即可开始试验。在试验时转速低于600转/分时，只能采用这种调零方法。注意调零前，必须确认弹性轴上没有残余扭矩，否则调出的不是真实零点。

在负载允许脱开空载转动的情况下，可以使传感器一起空载转动，并使转速控制在启动传感器顶部小电动机时所显示的转速范围，按仪器“清零”键，使仪器转矩显示为零。采用这种方法能够适当提高测量精度。

在负载允许脱开，而试验转速又比较稳定的情况下，可以使传感器一起空载转动，并使转速控制在试验时的转速范围内，按仪器“清零”键，使仪器转矩显示为零。采用这种调零方法能够消除传感器制造时，所具有的“转速特性”、“同心度”等系统误差，提高测量精度。

Ⅱ、零点调整的注意事项：

调整零点后，先做一次全负荷试验，停机后，再按所选择的零点调整方法调整零点，这样可以提高零点调整精度。当在次试验时的转矩方向与前次试验的方向相反时，应重新调整零点。

7、当试验时轴的旋转方向要改变时，必须重新调整零点，才能开始试验。

8、在测量工作转速低于600转/分的转矩或制动状态下的扭矩时，都应启动传感器顶部的小电动机，并使其旋转方向与试验时轴的旋转方向相反。这时，为了得到被测机械的实际转速，请按照（5）进行操作。

9、环境温度的变化将会引起测量误差。因为传感器的弹性轴的剪切弹性模数G不是一个常数，它随着温度的变化而变化。因此，当使用环境温度与传感器静标定时的温度（传感器铭牌上示出）不相同时，为保证测量精度，应对传感器系数值按下式进行修正。

Xt=Xt0[1+∑G（t-t0）]

式中：

Xt为在温度为t时的传感器系数值；

Xt0为传感器静标定系数值，即传感器铭牌上的系数值；

∑G为传感器弹性轴的剪切弹性模量G的温度系数，其单位为％/℃；

t为测量时的环境温度；

t0为传感器标定系数值时的环境温度。

由于现在生产的传感器的弹性轴材料均为40CrNiMoA，其∑G均为-0.025％/℃。

10、由于轴的旋转方向不同时，作转速特性补偿时所加电阻、电容不可能完全一致，要保证两个方向均达到精度要求，有时须加一个换向开关，以便对不同转向的转速特性作分别补偿。使用时只需注意换向开关所指方向与传感器弹性轴的旋转方向一致。（传感器安装时，一般为传感器顶部小电动机防护罩端与原动机相连，另一端与负载相连。从原动机一端看，弹性轴顺时针旋转为反转，逆时针旋转为正转。）

11、如果传感器安装位置离仪器较远，需要换用较长的屏蔽电缆线时，应保证两根电缆线尽可能一样长。

12、 在使用过程中应尽可能避免过大的冲击载荷，这往往发生在试验的启动或停止过程中。因为如果启动或停止过程是在瞬间完成，由于转动系统转动惯量的存在，将会使传感器的弹性轴承受过大的瞬时扭矩，使零点不稳定，严重时将损坏弹性轴。因此，为了避免上述现象发生，建议尽可能减小联轴器的转动惯量，或采用离合器、超越离合器等方式来保护传感器。

四、维护和修理

1、保修期：在用户遵守保管和使用规则的条件下，从制造厂发货日期起12个月内，如发现传感器损坏或者其精度低于出厂标准时，我厂负责免费维修或更换。

2、传感器轴承的加脂周期：NJ型转矩转速传感器（采用强迫润滑的NJG型除外）中的滚动轴承均采用润滑脂润滑，其加脂周期可参考下表：

备注：A、表中所给出的轴承加脂周期是按最高工作转速每天工作8小时的条件考虑的，如果工作转速低，或者每天工作时间短，加脂周期可适当加长。

B、对于NJ0、NJ1、NJ2等型号的传感器，一般情况下工作转速均高于600转/分很少启动传感器上的小电动机，可不考虑大轴承的加脂问题。

C、润滑脂的添加量不得多于轴承空隙体积的1/3—1/2，过多只能增高轴的工作温度，对润滑是有害的，轴承工作转速愈高，允装量应愈少。润滑脂建议采用2号白色特种润滑脂。

D、NJ3、NJ4型转矩转速传感器上装有压入式油杯，添加润滑脂可从此处压入。其他型号的传感器小轴承添加润滑脂时应把轴承盖卸下，添加完润滑脂后再装上轴承盖。NJ4型转矩转速传感器大轴承添加润滑脂时，应先把机座上润滑脂添加孔上的紧定螺钉卸下，才能添加润滑脂。

E、NJ4型的转矩转速传感器其顶部小电动机与套筒之间的传动链为齿轮传动。使用时应保证齿轮上有适量润滑脂，其中间过轮的轴承支座内，安装有微型轴承，也应定期添加适量润滑脂。

F、NJ型转矩转速传感器的标定周期：NJ型转矩转速传感器属于精密计量仪器，按国家计量部门的规定，为保证仪器测试数据的可靠性，不论使用与否，均应定期返厂或送有相应能力的计量单位重新标定。我厂规定其标定周期为两年。