文|沈韓楊
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定義：
扭矩傳感，又稱扭力傳感、力矩傳感、轉矩傳感、扭矩儀。扭矩傳感是對各類旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉扭力感知的測量。力矩傳感將扭矩的化學變化轉換成精確的聯通號。
工作原理：
一般所說的力矩是外轉矩，如車床主軸旋轉是動力源提供的外扭矩作用的結果，而轉矩是內扭矩，主軸工作時，刀具磨削力對主軸的反作用使之形成扭轉彈性變型，可用其評判力矩的大小。力矩是使物體發生轉動效應或扭轉變型的扭矩，等于力和力臂的乘積。
力矩是在旋轉動力系統中最頻繁涉及到的參數，為了測量旋轉力矩，使用較多的是扭轉角相位差式傳感。扭轉角相位差式傳感是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數、形狀及安裝角度完全相同的蝸桿，在蝸桿的兩側各安裝著一只接近(磁或光)傳感。當彈性軸旋轉時，這兩組傳感就可以檢測出兩組脈沖波，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以估算出彈性軸所承受的力矩量。
扭力測試比較成熟的測量手段為應變電測技術，它具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優點。將專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應變橋，若向應變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的聯通號。這就是基本的扭力傳感模式。
然而在旋轉動力傳遞系統中，最棘手的問題是旋轉體上的應變橋的橋壓輸入及測量到的應變訊號輸出怎么可靠地在旋轉部份與靜止部份之間傳遞，一般的做法是用導電滑環來完成。因為導電滑環屬于摩擦接觸，因而不可防止地存在著銹蝕并發熱，因此限制了旋轉軸的怠速及導電滑環的使用壽命。但是因為接觸不可靠造成訊號波動，進而導致檢測偏差大甚至檢測不成功。
為了克服導電滑環的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方式：將扭力應變訊號在旋轉軸上放大并進行V/F轉換成頻度訊號，通過擴頻調制用無線電發射的方式從旋轉軸上發射至軸外，再用無線電接收的方式，就可以得到旋轉軸受扭的訊號。旋轉軸上的能源供應是固定在旋轉軸上的電瓶。該方式即為遙測扭力儀。
發展歷程：
扭力傳感的發展歷程大致為：光學機械變型類型、電磁感應類型、相位差類型、應變類型。
1856年湯姆遜發覺了在機械應變作用下，金屬絲內阻會發生變化的現象，這奠定了內阻應變片的研發基礎。
1938年魯奇與西蒙斯制造了紙基式內阻應變片。隨后，內阻應變片得到了快速地發展，在工程領域得到了廣泛應用，內阻應變片也是用于力矩檢測的一種較佳選擇。
1982年臺灣神戶九州學院等研究人員研發出了新型盤片扭力傳感，借助等離子法在轉軸表面噴覆了一段磁致伸縮層，可以使整個測試裝置做的緊湊。1984年，等人提出了改進方案，為了獲得較寬的動態范圍和較好的線性度，采用了具有特定形狀的磁場各向異性的三角形或平行四邊形磁片。
1986年等人研究了應用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應來測量力矩，具體的方法是在一段圓軸表面上粘貼非晶薄帶，其粘貼方向與圓軸線成45度角，最后基于此方式成功的研發了螺線管式扭力傳感。
1992年王榮等人為改善“角度依存性”問題，采用在轉軸的表面粘貼一層特制的軟磁合金薄帶的方式，研發了逆磁致伸縮扭力傳感。
2005年上海工大學遠程測試與控制技術研究所開發了螺桿差動變壓器式的力矩傳感，當彈性軸遭到力矩時，軸會形成一定的力矩角度，再通過內部的吸合作用以感應電動勢的方式輸出。
2010年由淮海工大學和浙江海洋資源開發研究院共同研發了一種非接觸檢測方法的磁電型扭力傳感。
2011年由淮海工大學的文豇豆、李紀明等人研究了一種磁彈性效應的新型扭力傳感，其氣隙擾動小、磁滯小、可滿足電推動轉向系統的使用要求。
近些年來一些新型扭力傳感不斷被開發和研發下來磁力矩器，包括光纖式扭力傳感、無線聲表面波式扭力傳感、磁敏式扭力傳感、激光多普勒式扭力傳感、激光衍射式扭力傳感等。如英國佛吉尼亞西蒙斯飛行器公司，為了對飛行器的渦輪底盤進行扭力測試，研制了一種基于光纖技術的光纖式扭力傳感。
分類：
扭矩傳感分為動態和靜態兩大類，其中動態扭力傳感又可稱作力矩傳感、轉矩怠速傳感、非接觸力矩傳感、旋轉力矩傳感等。
非接觸式扭力傳感
非接觸式扭力傳感輸入軸和輸出軸由扭桿聯接上去，輸入軸上有凸緣磁力矩器，輸出軸上有凸緣。當扭桿受方向盤的轉動慣量作用發生扭轉時，輸入軸上的凸緣和輸出軸上工件之間的相對位置就被改變了。凸緣和工件的相對位移改變量等于扭轉桿的扭轉量，致使凸緣上的磁感硬度改變，磁感硬度的變化，通過線圈轉化為電流訊號。非接觸力矩傳感因為采用的是非接觸的工作方法，因此壽命長、可靠性高，不易遭到銹蝕、有更小的延時、受軸的偏轉和軸向偏斜的影響更小，早已廣泛用于貨車領域。
在非接觸式扭力傳感中，常用的主要有應變式、磁電式、光纖式和光電式傳感。
應變式非接觸傳感借助了無線傳輸技術。隨著科技的進步和無線傳輸技術的發展，接觸式應變片傳感輸出訊號所用的導電滑環和刷臂早已才能用無線傳輸模塊代替，因而克服了導電滑環和刷臂間的銹蝕，增強了檢測精度。
磁電式扭力傳感是借助磁電轉換的原理，剖析兩路輸出的電動勢訊號的相位差，因而達到檢測力矩的目的。主要分為閉磁通式傳感和開磁通式傳感。
光纖式扭力傳感主要是借助光反射原理和相位差原理，將軸上相應的兩處位置反射的光訊號讀取后并估算出相位差，由此能算出相應的力矩值。并且光纖式傳感易受環境影響，安裝調試也相對較困難。
光電式扭力傳感以光電感應器件為核心部件。當傳動軸上加載力矩時，由光源發出的光的硬度會發生相應變化，進而使光電器件的輸出電壓發生變化。通過檢測該變化值即可估算出扭力值。
應變片扭力傳感
應變片傳感扭力檢測采用應變電測技術。在彈性軸上粘貼應變計組成檢測電橋，當彈性軸受轉矩形成微小變型后導致電橋內阻值變化，應變電橋內阻的變化轉變為聯通號的變化進而實現力矩檢測。傳感就完成如下的信息轉換；傳感由彈性軸、測量電橋、儀器用放大器、接口電路組成。
高性能無線型
高性能無線力矩傳感將傳感與無線通訊技術結合在一起，實現了數據的無線傳輸。力矩聯通號由單片機控制的訊號處理電路進行放大、A/D轉換以后，編碼器將采集到的數字量編碼傳送給發射模塊進行發送。接收模塊接收到數據后，解碼器將譯出的數據傳送給單片機，由LED顯示得到的扭力數據值。傳感數據采集發射電路由扭力傳感、信號處理部份、單片機和無線發射電路組成。力矩傳感將內阻應變片形成的應變聯通號傳送到訊號處理電路。訊號處理部份對傳感模擬訊號提取放大，并進行模/數轉換。微處理器負責控制系統各部份元件的工作，并對數字訊號進行處理。無線發射電路在微處理器的控制下，由編碼器將采集到的信息數據進行相應的編碼和處理，并用發射模塊發射出。實現無線傳輸。
電子式
電子式扭力儀是一種針對風機、水泵試驗及現場能效評測的便攜式高性能軸功率檢測儀器。電子式扭力儀創造性的破除了傳統機電式扭力傳感冗長、復雜、在好多現場環境下不易實現的安裝過程，實現了風機、水泵馬達效率的實時檢測，檢測風機、水泵馬達在使用過程中各環節的運行狀態，對研究風機、水泵馬達的使用狀態提供了實時、真實、可靠的數據；避開了因機電式扭力傳感安裝不當對試驗結果引起的影響。
電子式扭力儀能完全替代傳統扭力傳感的軸功率檢測功能，而且能獲取風機、水泵馬達的實時效率，為風機、水泵機組節能提供了嚴謹、科學評測手段。
應用：
扭力傳感是一種檢測各類力矩、轉速及機械功率的精密檢測儀器。應用范圍非常廣泛，主要用于：
1、交(直）流電動機、伺服馬達、步進馬達；
2、汽車底盤、柴油機、轉向器、車身整體剛性扭轉以及其他部件加工過程的控制和監測；
3、電（手）動執行器，各類球閥手動開閉控制。
4、石油開采和提煉過程控制和檢測、火(水）力發電設備的檢測、礦石篩選控制，風力發電設備的檢測。
5、各種材料扭力壽命試驗。
6、鐵路機械設備過程控制等等，具體如下：
（1）、檢測發電機、電動機、內燃機等旋轉動力設備輸出扭力極功率。
（2）、檢測減速機、風機、泵、攪拌機、卷揚機、螺旋槳，勘探機械等設備的負載扭力極輸入功率。
（3）、檢測各類機械加工中心，手動銑床的工作過程中的力矩。
（4）、各種旋轉動力設備系統所傳遞的力矩極效率。
（5）、檢測力矩的同時可以測量怠速、軸向力。
（6）、可用于制造黏度計，電動（氣動，液力）力矩扳手。