JW3扭矩仪使用说明书.docx

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JW3扭矩仪使用说明书

·普联JW-3扭矩仪

使

用

说

明

书

湖南湘仪动力测试仪器有限公司

1、概述

JW-3扭矩仪与各种量程的磁电式相位差型扭矩传感器（如JC型扭矩传感器）配套使用。

JW-3扭矩仪采用德国INFINEON公司C166系列16位单片机做主处理器。

INFINEON公司精湛的技术和C166系列单片机卓越的性能，使我们的扭矩仪在功能和性能上都达到了一个新的高度。

仪器采用多单片机结构，使系统速度得到了很大提高。

单片机丰富的资源，使仪器的集成度得到提高，提高了仪器的可靠性和稳定性。

主单片机4级流水线的高性能的16位CPU，使运算速度大幅度提高。

可以满足实时快速测量的需要。

仪器功能丰富。

模拟输入，模拟输出，开关量输入，开关量输出，频率输入等多种扩展功能，使扭矩仪不仅仅是扭矩仪。

很多情况下，原来一个系统的工作，现在一台扭矩仪即可完成。

丰富的自定义功能。

功能和效率往往是一个矛盾。

过多的功能将使仪器速度减慢，效率降低。

为了解决这个矛盾，仪器的所有扩展功能都是可以自定义的，用户可以通过键盘打开和关闭这些功能。

大的灵活性和适应性。

模拟输入可以适应0-5V和1-5V（4-20mA）。

模拟输出可提供0-5V，4-20mA等多种形式。

开关量输出可关联到任意测量通道，以实现开关控制或报警。

开关量输出还可用来启动用户的负载，实现和快速存储的同步。

扩展的频率输入可用来测量流量等脉冲信号。

所有这些功能的组织和变化，只需按几下键盘即可完成。

仪器支持正，反转双向调零，单点或多点调零。

快速存储功能比以前的产品有所增强。

不仅存储扭矩和转速，还可同步存储3路模拟输入。

串口的功能得到了加强，使之与计算机的通讯更简便和灵活。

通讯方法和数据格式都可选择，可适应不同软件工程师的习惯和喜好。

波特率选择范更大，更能适应不同的工业现场。

从机号可设置，组成系统更方便。

仪器内带汉字库，配合液晶显示器和简洁的键盘，使仪器的人机对话变得十分轻松。

菜单式和选项式的操作，简单明了。

每个设置窗口都有中文帮助信息，操作者对说明书的依赖减到了最小。

所有设置都在键盘上进行。

2、仪器功能和配置

1扭矩转速测量

24路模拟量输入（另定货）

32路模拟量输出（另定货）

42路开关量输入（另定货）

52路开关量输出（另定货）

61路扩展的频率输入（无外转速或套筒转速时）

7一个RS232口

8一个打印口

9一个CAN口

3、主要性能特点

●正，反转双向调零

●可选择单点调零或全程调零

●三种小电机转速扣除方法由键盘选择

●三种温度补偿方法可选择

●最快采样时间1ms

●快速存储扭矩，转速，并同步存储3路模拟输入

●快速存储时同时存储系统时间

●3种方法启动快速存储。

最多可存储2048组数据

●包括模拟输入的所有通道都可超限声光报警

●继电器输出可关联到任意测量通道，进行开关控制

●继电器输出亦可定义为存储状态输出，用于快速存储的同步控制

●模拟输入能适应0-5V和1-5V（4-20mA）

●模拟输出能应用户要求提供0-5V或4-20mA

●频繁换向时可用开关量输入来控制仪器，以使用正，反转不同的零点

●扩展的频率测量可测量流量等脉冲信号

●可设置定时打印

●串口通讯方法和数据格式可选

●使用液晶显示器人机界面友好

4、主要技术指标

扭矩测量

信号幅度：

有效值0.2V-20V交流

频率范围：

2Hz-20kHz

输入阻抗：

10kΩ

采样时间：

1ms-3s

量程范围：

任意

测量精度：

正确的与JC型传感器配套使用，精度±0.1%F.S或±0.2%F.S

信号3测量

信号幅度：

有效值0.2V-20V，交流或单向脉冲

频率范围：

10Hz-10kHz

输入阻抗：

10kΩ

采样时间：

1ms-3s

测量精度：

50HZ以下为±0.5%，50HZ以上为±0.1%±1个字

模拟输入测量

信号类型：

直流电压

信号幅度：

0-5V

输入阻抗：

200kΩ

A/D转换精度：

10位

模拟输出

D/A转换精度：

12位

电压输出：

输出阻抗：

10Ω

电流输出：

负载电阻：

<300Ω

开关量输入

输入低电平：

将输入端对地短路，或输入0V。

输入高电平：

将输入端对地开路，或输入5V。

开关量输出（继电器触点容量）

耐压：

交流250V

电流：

3A

5、前面板

扭矩仪前面板上布置有一块130×35mm的液晶显示屏和一组键盘，如图1、2所示。

图1JW-3扭矩仪前面板

图2JW-3扭矩仪键盘

■面板上显示屏及键盘功能如下：

●显示屏：

显示测量参数和设置参数；

●EXIT键：

在测量状态下按该键可暂时关闭报警提示声音（超限情况发生变化时仪器将恢复报警声音），在参数设置状态下用于存储参数和退回上一级菜单；

●ENTER键：

在测量状态下按该键进入参数设置，在参数设置状态下进入下一级设置或确认当前操作；

●store键：

在测量状态下启动快速存储，在参数设置状态左移小光标。

注意：

store不是用来存储设置参数的。

设置参数在按“EXIT”键时存储；

●print键：

在测量状态下打印当前数据，在参数设置状态下右移小光标；

●△▽键：

在测量状态下移动屏幕，在参数设置状态下选择设置项；

●+-键：

在参数设置状态下修改设置；

●在任何设置窗口里，ENTER键进入，EXIT键返回并保存；

●仪器出现异常情况时可按RESET键。

5.1、参数显示

■液晶显示屏在测量状态下显示以下信息

●模拟输入通道禁止时

图3模拟通道禁止时的显示界面

●模拟通道使能时

图4模拟通道使能时的显示界面

●模拟通道名称可以在仪器字库中一些常用名称中选择，如温度℃，压力kPa，进口压，出口压，扬程，流量，电流A，电压V。

●用户在订货时可定制显示名称。

前3个名称每个最多可显示8个西文字符或4个汉字（可中西文混用），但8个字符相邻名称之间已没有间隙，建议不超过7个字符。

最后一个名称最多只能显示6个字符。

■液晶显示屏在参数设置状态下显示以下信息

●按ENTER键进入主菜单界面，如图5所示

图5主菜单界面

在以下的叙述中，各窗口的参数用粗体书写表示默认值。

默认值一般也是推荐值。

5.2、键盘操作

5.2.1、传感器参数设置

■传感器参数包括

●标定系数：

系数是传感器出厂时通过标定所得

●扭矩量程：

量程是传感器所能测量的最大扭矩

●内齿数：

内齿数是传感器内转速测速齿轮的齿数

●标定温度：

传感器标定时的环境温度

●外齿数：

外齿数是传感器外转速或套筒转速测速齿轮的齿数

●转速范围：

传感器运转时实际可能的最高转速

特别提醒！

前五个参数在传感器出厂时用钢印打在传感器铭牌上，初次使用或更换传感器时必须根据铭牌上的数值将传感器参数预置在仪器中，否则仪器不会正常工作。

■设置传感器参数可按以下步骤操作：

按“ENTER”键，仪器进入主菜单，按“△▽”键移动光标选择“传感器参数”；

按“ENTER”键，进入传感器参数设置界面，如图7所示；

图7传感器参数设置界面

按“△▽”键移动光标选择“标定系数”；

按store或print键移动小光标；

按“+-”键修改小光标闪烁位的数值；

重复

-

的操作，输入“扭矩量程”，“标定温度”和“内齿数”；

输入完毕，按“EXIT”键保存退出。

这个窗口的参数除转速范围外都是扭矩传感器名牌上的参数，必须和名牌上的参数一致。

标定系数设为0时，扭矩显示将变成相位差。

这时功率显示无意义。

扭矩量程的大小会影响扭矩显示的小数点：

0<扭矩量程≤1：

4位小数点

1<扭矩量程≤10：

3位小数点

10<扭矩量程≤100：

2位小数点

100<扭矩量程≤1000：

1位小数点

1000<扭矩量程≤10000：

0位小数点

外齿数是“信号3”的测速齿轮的齿数，既外转速或套筒转速的测速齿轮的齿数。

如果信号3接的是其他频率信号，为了得到准确的测量值，应根据该信号的实际频率，输入齿数。

“转速范围”是指被测对象运转时实际可能的最高转速。

它可以等于传感器名牌上的“工作转速”，也可以小于传感器名牌上的“工作转速”，可根据实际情况输入。

注意：

“转速范围”是“传感器参数设置”窗口里唯一一个可以和名牌上不一样的参数。

其它参数都必须和名牌上严格一致。

“转速范围”的大小会影响转速显示的小数点：

转速范围=0：

0位小数点

0<转速范围≤10：

3位小数点

10<转速范围≤100：

2位小数点

100<转速范围≤10001位小数点

转速范围>1000：

0位小数点

“转速范围”会影响模拟输出：

转速模拟输出的满度（5V或20mA）对应“转速范围”。

5.2.2、采样时间设置

按“ENTER”键，仪器进入主菜单，按“△▽”键移动光标选择“采样时间”；

按“ENTER”键，“进入采样时间”设置界面，如图8所示；

图8采样时间设置界面

按“△▽”键移动光标选择“采样时间”；

按“+-”键修改采样时间；

按“△▽”键移动光标选择“平滑系数”，按“+-”键修改平滑系数；

有关采样时间和平滑系数的定义可见帮助信息；

输入完毕，按“EXIT”键保存退出。

■采样时间

●1ms/2ms/5ms/10ms/20ms/50ms/100ms/200ms/500ms/1s/2s/3s

采样时间应大于信号周期的两倍，否则会发生等待，使实际的采样时间比设置的更长。

采样时间不能小于信号周期的1/2，否则测量无法进行。

如果齿数是60，信号频率等于显示的转速（r/min）。

如果齿数是120，信号频率是转速的2倍。

■平滑系数

●0/1/2/3

平滑系数是一个滑动平均的滤波系数。

0不平均，1最近2次平均，2最近4次平均，3最近8次平均。

平滑系数越大，显示越平稳，但响应速度越慢。

★注意：

调零时采样时间应大于等于1秒。

5.2.3、扭矩调零

■调零的意义

由于磁电式相位差扭矩传感器其基本原理是将扭矩转换为具有相位差的二路正弦交流信号，在零扭矩时（即空载），其初始相位角并不等于“0”，而是在1800左右，而且每台传感器的初始相位角均不相同，故需调零。

所以，在第一次加载测量前，必须进行扭矩调零。

在扭矩调零操作时，必须保证扭矩转感器空载。

如果负载无法脱开，或使用时主轴根本不转动（测静态扭矩）或在低速下转动，为保证传感器输出的信号幅度大于0.2V必须启动传感器顶部的小电机。

调零前应检查仪器采样速率的设置，以大于1秒钟为宜。

■调零步骤

在测量界面下按“ENTER”键，待仪器进入参数设置界面，光标停留在“扭矩调零”时，再按“ENTER”键，仪器进入图9所示的调零界面。

调零前首先确认传感器主轴的转向，光标停留在“正转/反转”时，按动“+-”键可选择转向。

■在测量界面下按ENTER键，仪器进入调零界面（如图9、10所示）；

●在光标选中“扭矩调零”时，按ENTER键进图9界面。

图9调零界面

■正转/反转的定义

●正转：

传感器上的小电机皮带罩面对驱动端，从驱动端看，主轴顺时针旋转为正转；

●反转：

传感器上的小电机皮带罩面对驱动端，从驱动端看，主轴逆时针旋转为反转；

●调零时必须将转向设置成和轴的实际转向相同。

●转向可以用键盘设置，也可以用开关量输入设置（开关量输入的方法另述）。

对于一般的情况，用键盘设置就可以了。

■自动/手动的定义

●自动：

按仪器设定的步骤操作，仪器自动读入零点，不需要手动输入数值；

●手动：

需要手动操作键盘输入零点数值。

■单点/多点的定义

●单点：

传感器全程转速范围内只设置一个零点；

●多点：

传感器全程转速范围内设置多个零点（最多不超过10个）

■自动单点调零

在图9的界面下根据传感器主轴的实际旋转方向设置“转向”，将“方法”设置为“自动”将“调零”设置为“单点”，按动“△▽”键，将光标移至“进入”，再按动“ENTER”键，仪器进入图10所示的自动单点调零界面。

图10自动单点调零界面

在图10的界面下按动“△▽”键将光标移至“∧”处并观察测量零点，待测量零点稳定后，按动“ENTER”键，传感器零点自动读入仪器，调零完毕按“EXIT”保存退出。

如果传感器在正反两个方向都要工作，那么就需要在两个方向进行调零，操作方法与上述方法完全一致。

注意：

在传感器改变转向工作时，需要进入调零界面，调整仪表的转向与传感器一致。

■手动单点调零

●在图9所示的界面下，按“△▽”和“+-”键，将“自动”修改为“手动”，把光标移至“进入”，按动“ENTER”键，仪器进入图11所示的手动调零界面

图11手动单点调零界面

●在图11所示的界面下按“store”及“Priet”键移动小光标，按“+-”键修改零点数值；

●修改完毕按“EXIT”键保存退出。

■自动多点调零

●多点调零的意义

由于磁电式相位差传感器的初始相位角会随转速变化而变化，即转速特性误差。

该项误差在传感器标定出厂时已校正在≤±0.18%F.S以内。

如果用户要获得更高的精度，可使用仪器“多转速下调零并经曲线拟合校正转速特性误差”的功能，即多点调零。

仪器最多可在10个转速点，最少1个转速点上调零。

★注意：

多点调零时主轴必须旋转且负载必须脱开。

●在负载脱开的情况下，将传感器主轴调整到某转速。

操作键盘使仪器进入图9所示的调零界面，按“△▽”和“+-”键，确定“转向”，将“方法”修改为“自动”将“调零”修改为“多点”，再将光标移至“进入”，按动“ENTER”键，仪器进入图12所示的自动多点调零界面。

图12自动多点调零界面

■自动多点调零可按以下步骤操作

在自动多点调零界面下，按“△▽”键，将光标移至“>”，待测量零点稳定时，按“ENTER”键，将当前显示的测量零点添加到零点队列中；

调节传感器主轴至某转速，重复

操作得到不同转速下的零点；

按“EXIT”保存退出。

仪器可设置10个不同转速下的零点值，不需要的零点必须设置为“0”，退出时仪器会自动按转速排序。

★注意！

多点调零适用于被测工件转速范围较大的场合，对于固定转速或转速范围很小的工件测量，建议采用单点调零方式，在工件实际工作转速上调零。

在试验过程中如发现随转速变化扭矩误差很大的情况，请先将多点调零转成单点调零（停车启动小电机）再做一次试验，如果扭矩误差减小或消除，则说明在多点调零过程中出了差错，需要重新调零。

■手动多点调零

●在图9的调零界面下确定“转向”将“方法”设置为“手动”，“调零”设置为“多点”，按动“△▽”键，将光标移至“进入”，再按动“ENTER”键，仪器进入图13所示的手动多点调零界面。

图13手动多点调零界面

●图13手动多点调零界面的第一列数字显示的是零点值，第二列数字显示的是对应零点值的转速，第三列数字显示的是零点的序号；

●在图13的界面下按动“△▽”键可移动大光标，按“+-”键修改小光标闪烁位数值；

●将光标移至“＜”处，按动“ENTER”键可删除一个零点，光标移至“全部删除”处，按“ENTER”键，删除全部零点。

■手动多点调零的步骤

在手动多点调零前必须进行一次自动多点调零的操作，如果感觉自动多点调零的效果不是很好，如零点扭矩波动比较大时调零，可用手动方式进行微调。

在手动多点调零界面下，按“△▽”键，将大光标移至需要微调的零点上；

按“+-”键修改小光标闪烁位数值；

修改完毕按“EXIT”保存退出。

■换向调零

当传感器主轴改变工作转向时必须重新进行调零操作，否则仪表不能正常工作。

如果在仪器初始化时已经进行了正反两个方向的调零操作，那么传感器改变转向时，可通过键盘进入图9所示的调零界面，将“转向”修改为与当前传感器主轴转向一致即可。

■采用开关量输入通道1控制转向

对于转向频繁改变的情况，可以从开关量输入通道1输入一个开关量，如图14所示。

图14开关量输入接线示意图

开关量输入电路有上拉电阻，开关量的形式可以是机械开关，继电器触点，或各种集电极开路的门电路的输出。

如果集电极没有开路，高电平幅度应是5V。

键盘设置和开关量输入都能控制转向，他们是“与”的关系。

也就是说，要使键盘起作用，开关量输入应是1；同样，要使开关量输入起作用，键盘输入应是1。

开关量输入1就是输入高电平（断开触点）。

键盘输入1的方法是：

在开关量输入1的情况下，用键盘将转向设置成反转。

5.2.4、转速修正

在测量过程中，如果启动了传感器顶部的小电机（注意小电机转向与主轴转向应相反），则传感器输出的转速信号是主轴转速和小电机转速的和。

所谓转速修正，就是扣除小电机转速以得到主轴实际转速，如果测量时不启动小电机，则不存在转速修正的问题。

■转速修正步骤

●按“ENTER”键进入主菜单并选择“转速修正”，再按“ENTER”键进入图15所示的转速修正界面，在该界面下“小电机”有两个选项“启动或不启动”，“信号3”有四个选项分别表示信号的来源“外转速、套筒转速、无信号、其它信号”。

按“△▽”键可移动光标，按“+-”键修改光标下的选项。

图15转速修正界面

●小电机选择“启动”，此时有以下几种情况；

　传感器采用套筒测速，则要把传感器套筒转速测量信号线接至扭矩仪后面板上的“信号３”插座上，转速修正界面中的“信号3”选择“套筒转速”，按“EXIT”键退出。

进入测量后，仪器将实时自动扣除套筒转速，显示主轴实际转速。

传感器采用外转速测速，则要把传感器外转速测速信号线接至扭矩仪后面板上的“信号3”插座上，转速修正界面中的“信号3”选择“外转速”，按“EXIT”键退出。

进入测量后，仪器显示主轴实际转速。

如果传感器没有套筒转速信号，也没有外转速信号（信号3设置为无信号或其他信号），则需要正确设置“小电机转速”。

小电机转速”不能用“+”，“-”键输入，只能自动读入。

自动读入的方法是：

保持主轴静止，启动小电机，光标停在“∧”上，按ENTER键。

如果要将“小电机转速”设为0，可在转速为0时，进行上述自动读入过程。

按“EXIT”键退出。

进入测量后，仪器将自动扣除小电机转速。

由于小电机转速不是十分稳定，采用该方式扣除小电机转速后在测量过程中可能会引起功率的波动，对于功率测量精度要求比较高的用户建议购买带套筒测速的传感器。

●小电机选择“不启动”

在测量过程中始终不启动小电机，应将转速修正界面中的“小电机”设置为“不启动”。

这时便不存在转速修正的问题。

★注意：

传感器信号3插座没有信号输入时，则转速修正“信号3”必须选择“无信号”。

注意调整小电机的接线，使套筒的旋转方向与主轴相反。

★判断小电机接线是否正确：

将小电机设为“不启动”，信号3设为“无信号”，启动主轴，记录仪表显示的转速，再启动小电机，比较小电机启动前后转速的变化，如果启动小电机转速增加了，接线正确，如果启动小电机转速降低了，接线错误。

★信号3的选择项“其他信号”，用来测量其他的频率信号，与转速修正无关。

详见模拟输入窗口的说明。

5.2.5、温度补偿设置

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％/℃。

由于JW-3扭矩仪具备温度自动补偿功能，用户可按下述方法进行温度补偿操作。

■按“ENTER”键进入主菜单，按“△▽”键选择“温度补偿”，再按“ENTER”键进入图16所示的“温度补偿”界面。

图16温度补偿界面

●温度补偿方法有三个选项：

不补偿/键入环境温度/测量环境温度。

一般情况下，可设置为不补偿。

●选择键入环境温度时，需键入正确的环境温度（扭矩传感器处的环境温度）。

选择测量环境温度时，应在模拟输入0通道接入环境温度变送器（0-5V或1-5V），并在模拟输入窗口里设置相应的参数。

5.2.6、声光报警

按“ENTER”键进入主菜单，按“△▽”键选择“声光报警”，再按“ENTER”键进入图17所示的“声光报警”设置界面。

声光报警有上限报警和下限报警两个选项，除转速、扭矩两个常用参数外，还可对4个模拟通道ACH0—ACH3的报警参数进行报警设置。

图17声光报警设置界面

按“△▽”键可移动大光标，按“store”及“prent”键可移动小光标，按“+-”可修改小光标闪烁位的数值，按“EXIT”键保存退出。

★注意：

不需要报警的参数请设置为0。

5.2.7、开关量输出

按“ENTER”键进入主菜单，按“△▽”键选择“开关量输出”，再按“ENTER”键进入图18所示的“开光量输出”设置界面。

在开关量控制界面下按“△▽”键可移动大光标，按“store”及“prent”键可移动小光标，按“+-”可修改小光标闪烁位的数值，按“EXIT”键保存退出。

图18开光量输出界面

仪器有两个开关量输出通道。

开关量以继电器常开或常闭触点的形式输出。

每个通道的功能都可选择下列之一：

扭矩上限/扭矩下限/转速上限/转速下限/ACH0上限/ACH0下限/ACH1上限/ACH1下限/ACH2上限/ACH2下限/ACH3上限/ACH3下限/存储状态

选择某测量通道上限：

当某测量通道大于此开关量输出通道的控制值时，继电器闭合。

选择某测量通道下限：

当某测量通道小于此开关量输出通道的控制值时，继电器闭合。

选择存储状态：

当进入快速存储时，继电器闭合。

上下限，控制值，回差值见图示说明。

5.2.8、模拟输入

按“ENTER”键进入主菜单，按“△▽”键选择“模拟输入”，再按“ENTER”键进入图19所示的“模拟输入”设置界面。

在模拟输入界面下按“△▽”键可移动大光标，按“store”及“prent”键可移动小光标，按“+-”可修改小光标闪烁位的数值，按“EXIT”键保存退出。

图19模拟输入设置界面

仪器有4个模拟输入通道。

每个通道的名称可在一些常用名称中选择。

用户在定货时可提出要求，可定制显示用户需要的特殊名称。

某通道测量结果Y=a*X+b

其中：

X是某通道的A/D转换值

a是设置的比例系数

b是设置的偏移系数

A/D转换值范围是0-1023，对应0-5V。

如果A/D值有误差，可调整比例系数来校正。

如果是4-20mA信号，通过250欧姆取样电阻变成1-5V输入，然后通过系数a和b来调整比例和偏移。

系数d是小数点位数。

将某通道名称选择为空，将禁止此通道和其后的所有通道。

这样，可根据用户需要，关闭所有模拟输入通道，或只使能1个通道，2个通道，3个通道，或使能全部4个通道。

模拟输入通道0和3有特殊性：

模拟输入通道0：

当扭矩温度补偿设为测量环境温度时，仪器把通道0当作测量环