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扭矩是电机试验中的关键参数，特别是在电机效率评估中，其测量准确性至关重要。现有的扭矩测量方法，根据其测量原理，可分为平衡力法、传递法和能量转换法。
平衡力法扭矩测量在匀速运转的传动机械部件中，主轴与机体间存在一对大小相等、方向相反的扭矩T和T′。通过测量机体上的T′来推算主轴上的T，这就是平衡力法的原理。其中，F表示力臂上的作用力，L表示力臂长度，T′则可通过LF计算得出。平衡力法的优势在于其避免了扭矩信号的传递问题，且作用力F易于测量。然而，该方法仅适用于匀速工作状态，无法用于动态扭矩的测量。
传递法扭矩测量传递法基于这样一个现象：在扭矩传递过程中，弹性元件的某些物理参数会发生变化。这些变化与扭矩之间存在一种对应关系，从而可以通过测量这些物理参数来推算出扭矩的大小。传递法根据不同的物理参数可分为磁弹性式、应变式、振弦式、光电式等多种类型，是目前扭矩测量领域应用最广泛的方法。图传递法分类
光电式扭矩测量法光电式扭矩测量法是传递法中的一种，其工作原理基于扭矩传递过程中，弹性元件的光学特性会发生变化。通过测量这些光学特性的变化，可以推算出扭矩的大小。这种方法的优点是测量精度高，且适用于动态扭矩的测量。然而，需要注意的是，光电式扭矩测量法对光源和环境的稳定性要求较高。将两片开孔数相等的圆盘形光栅紧密固定在转轴两端，并在其两侧分别安置光电元件和固定光源。在无扭矩作用的情况下，这两片光栅的明暗条纹会相互错开，从而完全阻挡光线传播，导致光敏元件无法接收到光线并输出电信号。然而，一旦受到扭矩的影响，圆盘形光栅的截面会产生相对的转角，使得明暗条纹部分重合，部分光线能够穿透光栅并照射到光敏元件上，从而产生电信号。这种电信号的强度与扭矩的大小密切相关：扭矩越大，扭转角也越大，照射到光敏元件上的光线强度也就越高，因此输出的电信号也会相应增大。通过测量这个电信号，我们就可以准确地推算出外加扭矩的具体数值。图2展示了光电式扭矩测量的原理。这种方法具有响应迅速的特点，能够实现对扭矩的实时监测。然而，它也存在一些不足之处，包括结构较为复杂、静标定困难、可靠性有待提高以及抗干扰能力较弱。此外，该方法对温度变化较为敏感，从而影响了测量的精度。需要注意的是，光电式扭矩测量法并不适用于轴刚启动或低转速时的扭矩测量。
接下来，我们将介绍另一种扭矩测量方法——磁电式扭矩测量法。在弹性轴上，我们安装了两组相同的齿轮，同时配备了由磁芯和线圈构成的信号采集系统。为了确保测量的准确性，齿顶与磁芯之间被精心预留出微小的间隙。当轴开始转动时，这两个线圈将分别感应出交变电动势，其大小仅取决于两个齿轮的磁芯相对位置和相交时刻。通过精确检测这些电动势的幅度，我们便能得出相应的扭矩数值。图3磁电式扭矩测量原理
磁电式扭矩测量法具有高精度、低成本和性能稳定的特点，它采用非接触测量方式，无需电源和中间传输环节。然而，该方法也存在一些不足，如结构较为复杂、频响受限、制造难度大、响应时间较长，以及传感器尺寸和质量相对较大。在低速时，信号较弱，而在高速时，动平衡控制则较为困难。磁电式扭矩测量法特别适用于测量那些能够产生显著转角位移的扭矩，并且能够有效地测量启动和低速转矩。但因其动态特性不佳，所以不适合用于高速转动轴的扭矩测量。
接下来，我们将介绍另一种扭矩测量方法——振弦式扭矩测量法。通过利用振动弦的固有频率与张力之间的函数关系，我们可以将力转换为电量进行测量。首先，测出电量值，再将其转换为力的大小，最终计算出相应的扭矩值。图4展示了振弦式扭矩测量的原理图。这种方法的优势在于能够直接利用传动轴作为扭轴进行测量，同时采用频率信号传输方式，具有出色的抗干扰性能。此外，传感器部分与测力轴的分离设计，使得在船舶或车辆上进行测量变得更为便捷。然而，它也存在一些不足之处，如结构较为复杂、灵敏度相对较低、测量准确度不高，以及对弹性轴的弹性变形要求颇为严格。因此，该方法更适用于大型转轴的扭矩测量，而不适宜用于高速转轴的测量。
接下来，我们将介绍另一种扭矩测量方法——磁弹式扭矩测量法。磁弹性式扭矩测量法，是利用铁磁材料及其他合金材料的磁弹性效应来测量扭矩的。在磁场中，对铁磁材质的弹性轴施加扭矩，会导致磁导率的变化，从而反映出铁磁材料的磁化强度变化。通过测量这种磁导率的变化，我们可以获取到扭矩信号。
这种方法具有诸多优点，如灵敏度高、稳定性好、非接触测量、输出功率大、响应速度快、过载能力强等。同时，其安装使用方便，抗干扰能力强，结构与电路简单，非常适合在恶劣环境下工作。然而，它也存在一些不足，如“圆弧调制”误差的存在限制了其应用范围。此外，扭轴圆周分布的磁导率存在固有偏差，导致测量准确度相对较低。值得注意的是，该方法测得的只是磁致伸缩层材料的应力值，与实际所需的扭矩值之间尚存在误差。尽管如此，磁弹性式扭矩测量法在船舶动力装置、轧钢、石油钻机及数控机车等多个领域仍得到了广泛应用。扭矩作用在传动轴上，会导致其产生一定程度的扭转变形。这种变形与所施加的扭矩之间存在比例关系，因此可以利用电阻应变片来检测相应的扭矩值。当传动轴发生扭转变形时，其最大剪应变出现在与轴线成45°角的方向上。在该方向上粘贴电阻应变片，可以有效地检测到传动轴所承受的扭矩大小。其工作原理可参考下图：图5展示了应变式扭矩测量的原理。这种方法的优点众多，包括结构简单、灵敏度高、成本低廉以及操作简便等。它还具有广泛的适应性和高的测量精度，同时响应速度快、性能稳定可靠且温度补偿性能良好，非常适合在恶劣环境下使用。然而，也存在一些潜在的干扰因素，如湿度、温度和粘结剂等，这些都会对测量结果产生一定影响。此外，应变式扭矩测量法并不适用于高速转轴的扭矩测量。
接下来，我们来看看能量转换法扭矩测量。这种方法基于能量守恒定律，通过测量热能、电能等其它参数来间接计算扭矩。例如，银河电气推出的TN电子式扭矩仪就采用了这种原理来测量电机扭矩。它利用高精度的电参数、温度和转速测量技术，不仅简化了扭矩的测量过程，还能同时测量电机的多种参数，如电压、电流、功率和转速等。值得一提的是，TN电子式扭矩仪在测量扭矩时无需额外的联轴器，从而降低了现场操作的复杂性。
