文|沈韩杨
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定义：
扭矩传感，又称扭力传感、力矩传感、转矩传感、扭矩仪。扭矩传感是对各类旋转或非旋转机械部件上对扭转扭力感知的测量。力矩传感将扭矩的化学变化转换成精确的联通号。
工作原理：
一般所说的力矩是外转矩，如车床主轴旋转是动力源提供的外扭矩作用的结果，而转矩是内扭矩，主轴工作时，刀具磨削力对主轴的反作用使之形成扭转弹性变型，可用其评判力矩的大小。力矩是使物体发生转动效应或扭转变型的扭矩，等于力和力臂的乘积。
力矩是在旋转动力系统中最频繁涉及到的参数，为了测量旋转力矩，使用较多的是扭转角相位差式传感。扭转角相位差式传感是在弹性轴的两端安装着两组齿数、形状及安装角度完全相同的蜗杆，在蜗杆的两侧各安装着一只接近(磁或光)传感。当弹性轴旋转时，这两组传感就可以检测出两组脉冲波，比较这两组脉冲波的前后沿的相位差就可以估算出弹性轴所承受的力矩量。
扭力测试比较成熟的测量手段为应变电测技术，它具有精度高、频响快、可靠性好、寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的联通号。这就是基本的扭力传感模式。
然而在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及测量到的应变讯号输出怎么可靠地在旋转部份与静止部份之间传递，一般的做法是用导电滑环来完成。因为导电滑环属于摩擦接触，因而不可防止地存在着锈蚀并发热，因此限制了旋转轴的怠速及导电滑环的使用寿命。但是因为接触不可靠造成讯号波动，进而导致检测偏差大甚至检测不成功。
为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方式：将扭力应变讯号在旋转轴上放大并进行V/F转换成频度讯号，通过扩频调制用无线电发射的方式从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接收的方式，就可以得到旋转轴受扭的讯号。旋转轴上的能源供应是固定在旋转轴上的电瓶。该方式即为遥测扭力仪。
发展历程：
扭力传感的发展历程大致为：光学机械变型类型、电磁感应类型、相位差类型、应变类型。
1856年汤姆逊发觉了在机械应变作用下，金属丝内阻会发生变化的现象，这奠定了内阻应变片的研发基础。
1938年鲁奇与西蒙斯制造了纸基式内阻应变片。随后，内阻应变片得到了快速地发展，在工程领域得到了广泛应用，内阻应变片也是用于力矩检测的一种较佳选择。
1982年台湾神户九州学院等研究人员研发出了新型盘片扭力传感，借助等离子法在转轴表面喷覆了一段磁致伸缩层，可以使整个测试装置做的紧凑。1984年，等人提出了改进方案，为了获得较宽的动态范围和较好的线性度，采用了具有特定形状的磁场各向异性的三角形或平行四边形磁片。
1986年等人研究了应用非晶薄带的磁致伸缩逆效应来测量力矩，具体的方法是在一段圆轴表面上粘贴非晶薄带，其粘贴方向与圆轴线成45度角，最后基于此方式成功的研发了螺线管式扭力传感。
1992年王荣等人为改善“角度依存性”问题，采用在转轴的表面粘贴一层特制的软磁合金薄带的方式，研发了逆磁致伸缩扭力传感。
2005年上海工大学远程测试与控制技术研究所开发了螺杆差动变压器式的力矩传感，当弹性轴遭到力矩时，轴会形成一定的力矩角度，再通过内部的吸合作用以感应电动势的方式输出。
2010年由淮海工大学和浙江海洋资源开发研究院共同研发了一种非接触检测方法的磁电型扭力传感。
2011年由淮海工大学的文豇豆、李纪明等人研究了一种磁弹性效应的新型扭力传感，其气隙扰动小、磁滞小、可满足电推动转向系统的使用要求。
近些年来一些新型扭力传感不断被开发和研发下来磁力矩器，包括光纤式扭力传感、无线声表面波式扭力传感、磁敏式扭力传感、激光多普勒式扭力传感、激光衍射式扭力传感等。如英国佛吉尼亚西蒙斯飞行器公司，为了对飞行器的涡轮底盘进行扭力测试，研制了一种基于光纤技术的光纤式扭力传感。
分类：
扭矩传感分为动态和静态两大类，其中动态扭力传感又可称作力矩传感、转矩怠速传感、非接触力矩传感、旋转力矩传感等。
非接触式扭力传感
非接触式扭力传感输入轴和输出轴由扭杆联接上去，输入轴上有凸缘磁力矩器，输出轴上有凸缘。当扭杆受方向盘的转动惯量作用发生扭转时，输入轴上的凸缘和输出轴上工件之间的相对位置就被改变了。凸缘和工件的相对位移改变量等于扭转杆的扭转量，致使凸缘上的磁感硬度改变，磁感硬度的变化，通过线圈转化为电流讯号。非接触力矩传感因为采用的是非接触的工作方法，因此寿命长、可靠性高，不易遭到锈蚀、有更小的延时、受轴的偏转和轴向偏斜的影响更小，早已广泛用于货车领域。
在非接触式扭力传感中，常用的主要有应变式、磁电式、光纤式和光电式传感。
应变式非接触传感借助了无线传输技术。随着科技的进步和无线传输技术的发展，接触式应变片传感输出讯号所用的导电滑环和刷臂早已才能用无线传输模块代替，因而克服了导电滑环和刷臂间的锈蚀，增强了检测精度。
磁电式扭力传感是借助磁电转换的原理，剖析两路输出的电动势讯号的相位差，因而达到检测力矩的目的。主要分为闭磁通式传感和开磁通式传感。
光纤式扭力传感主要是借助光反射原理和相位差原理，将轴上相应的两处位置反射的光讯号读取后并估算出相位差，由此能算出相应的力矩值。并且光纤式传感易受环境影响，安装调试也相对较困难。
光电式扭力传感以光电感应器件为核心部件。当传动轴上加载力矩时，由光源发出的光的硬度会发生相应变化，进而使光电器件的输出电压发生变化。通过检测该变化值即可估算出扭力值。
应变片扭力传感
应变片传感扭力检测采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成检测电桥，当弹性轴受转矩形成微小变型后导致电桥内阻值变化，应变电桥内阻的变化转变为联通号的变化进而实现力矩检测。传感就完成如下的信息转换；传感由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。
高性能无线型
高性能无线力矩传感将传感与无线通讯技术结合在一起，实现了数据的无线传输。力矩联通号由单片机控制的讯号处理电路进行放大、A/D转换以后，编码器将采集到的数字量编码传送给发射模块进行发送。接收模块接收到数据后，解码器将译出的数据传送给单片机，由LED显示得到的扭力数据值。传感数据采集发射电路由扭力传感、信号处理部份、单片机和无线发射电路组成。力矩传感将内阻应变片形成的应变联通号传送到讯号处理电路。讯号处理部份对传感模拟讯号提取放大，并进行模/数转换。微处理器负责控制系统各部份元件的工作，并对数字讯号进行处理。无线发射电路在微处理器的控制下，由编码器将采集到的信息数据进行相应的编码和处理，并用发射模块发射出。实现无线传输。
电子式
电子式扭力仪是一种针对风机、水泵试验及现场能效评测的便携式高性能轴功率检测仪器。电子式扭力仪创造性的破除了传统机电式扭力传感冗长、复杂、在好多现场环境下不易实现的安装过程，实现了风机、水泵马达效率的实时检测，检测风机、水泵马达在使用过程中各环节的运行状态，对研究风机、水泵马达的使用状态提供了实时、真实、可靠的数据；避开了因机电式扭力传感安装不当对试验结果引起的影响。
电子式扭力仪能完全替代传统扭力传感的轴功率检测功能，而且能获取风机、水泵马达的实时效率，为风机、水泵机组节能提供了严谨、科学评测手段。
应用：
扭力传感是一种检测各类力矩、转速及机械功率的精密检测仪器。应用范围非常广泛，主要用于：
1、交(直）流电动机、伺服马达、步进马达；
2、汽车底盘、柴油机、转向器、车身整体刚性扭转以及其他部件加工过程的控制和监测；
3、电（手）动执行器，各类球阀手动开闭控制。
4、石油开采和提炼过程控制和检测、火(水）力发电设备的检测、矿石筛选控制，风力发电设备的检测。
5、各种材料扭力寿命试验。
6、铁路机械设备过程控制等等，具体如下：
（1）、检测发电机、电动机、内燃机等旋转动力设备输出扭力极功率。
（2）、检测减速机、风机、泵、搅拌机、卷扬机、螺旋桨，勘探机械等设备的负载扭力极输入功率。
（3）、检测各类机械加工中心，手动铣床的工作过程中的力矩。
（4）、各种旋转动力设备系统所传递的力矩极效率。
（5）、检测力矩的同时可以测量怠速、轴向力。
（6）、可用于制造黏度计，电动（气动，液力）力矩扳手。