转盘转矩无线测试技术

刘佳鑫，顾帅杰，刘逸冰

(西安石油大学，陕西 西安 710065)

0 引言

转矩测试是回转类零件设计、机械装备设计及机械产品可靠性设计及监测的重要内容和必要环节。特别是在油气钻采过程中，通过实时监测转盘转矩，间接了解井下工况并及时调整钻压、转速等参数，对优化钻井有很重要的现实意义。随着计算机技术、现代传感器技术、无线通信技术的快速发展，使得在转矩测试技术领域越来越多地采用无线测试技术。无线测试技术具有工作效率高、适应性强、成本低及测试精度高等优点。

1 转盘转矩无线测试系统结构

转盘转矩无线测试系统由传感器、信号发射模块、信号接收模块及计算机系统4大部分组成，其结构框图见图1。

图1转盘转矩无线测试系统结构框图

1.1 传感器部分

转矩测试不同于常规信息采集，由于被测系统结构的不同、测试对象的不同，以及传感器布置空间受限制等因素，被测转矩往往不能由测试直接得出，或多或少都有理论推算的成分。例如本文所设计的无线测试系统，其传感器部分转矩的测试就是通过应变测试结果计算而来。

1.1.1 由应变到电阻变化

已知电阻丝的电阻率为ρ、长度为L、横截面积为S，则其电阻R为：

(1)

对式(1)进行全微分得：

(2)

将式(1)代入式(2)使其以变量形式表示：

(3)

(4)

现引入电阻丝材料的泊松比μ有：

(5)

将式(4)、式(5)代入式(3)得：

(6)

(7)

其中：σ为应力；λ为压阻系数。根据材料力学应力与应变的关系，又有：

σ=Eε.

(8)

其中：E为弹性模量。

将式(7)和式(8)代入式(6)最终得：