轉(zhuǎn)矩測量儀器及裝置很多，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境、測量精度等要求來選擇。
1．應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩測量
應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩測量儀通過測量由于轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的應(yīng)變來測量轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)材料力學(xué)的理論，轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)矩m的作用下，其橫截面上最大剪應(yīng)力與軸截面系數(shù)w和轉(zhuǎn)矩m之間的關(guān)系為
（1）
（2）
式中，d為軸的外徑；d為空心軸的內(nèi)徑。
無法用應(yīng)變片來測量，但與轉(zhuǎn)軸中心線成±450夾角方向上的正負(fù)主應(yīng)力和，的數(shù)值等于，即
（3）
根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)變?yōu)?br>
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式中，e為材料的彈性模量（pa）；μ為材料的泊松比。
這樣就可沿正負(fù)主應(yīng)力和的方向貼應(yīng)變片，測出應(yīng)變即可知其軸上所受的轉(zhuǎn)矩m。應(yīng)變片可以直接貼在需要測量轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)軸上，也可以貼在一根特制的軸上制成應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器，用于各種需要測量轉(zhuǎn)矩的場合。圖1為應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器，在沿軸向±45o方向上分別粘貼有四個應(yīng)變片，感受軸的最大正、負(fù)應(yīng)變，將其組成全橋電路，則可輸出與轉(zhuǎn)矩m成正比的電壓信號。這種接法可以消除軸向力和彎曲力的干擾。
圖1 應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器
應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)簡單，精度較高。貼在轉(zhuǎn)軸上的電阻應(yīng)變片與測量電路一般通過集流環(huán)連接。集流環(huán)有電刷-滑環(huán)式、水銀式和感應(yīng)式等。集流環(huán)存在觸點磨損和信號不穩(wěn)定等問題，不適于測量高速轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩。近年來，已研制出遙測應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀，它在上述應(yīng)變電橋后，將輸出電壓用無線發(fā)射的方式傳輸，有效地解決了上述問題。
2．壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器
鐵磁材料制成的轉(zhuǎn)軸，具有壓磁效應(yīng)，在受轉(zhuǎn)矩作用后，沿拉應(yīng)力+方向磁阻減小，沿壓應(yīng)力-方向磁阻增大。在轉(zhuǎn)軸附近相互垂直放置兩個鐵心線圈a、b，使其開口端與被測轉(zhuǎn)軸保持1～2mm的間隙，從而由導(dǎo)磁的軸將磁路閉合，如圖2所示，aa沿軸向，bb垂直于軸向。在鐵心線圈a中通以50hz的交流電，形成交變磁場。轉(zhuǎn)軸未受轉(zhuǎn)矩作用時，其各向磁阻相同，bb方向正好處于磁感應(yīng)線的等位中心線上，因而鐵心b上的繞組不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受轉(zhuǎn)矩作用時，其表面上出現(xiàn)各向異性磁阻特性，磁感應(yīng)線將重新分布，而不再對稱，因此在鐵心b的線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。轉(zhuǎn)矩愈大，感應(yīng)電勢愈大，在一定范圍內(nèi)，感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)矩成線性關(guān)系。這樣就可通過測量感應(yīng)電勢e來測定軸上轉(zhuǎn)矩的大小。
壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器是非接觸測量，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單可靠，基本上不受溫度影響和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速限制，而且輸出電壓很高（可達(dá)10v）。
3．扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩測量
圖2 壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器
扭轉(zhuǎn)角式轉(zhuǎn)矩測量法是通過扭轉(zhuǎn)角來測量轉(zhuǎn)矩的。
根據(jù)材料力學(xué)，在轉(zhuǎn)矩m作用下，轉(zhuǎn)軸上相距l(xiāng)的兩橫截面之間的相對轉(zhuǎn)角為
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式中，g為軸的切變彈性模量。
由式（6）可知，當(dāng)轉(zhuǎn)軸受轉(zhuǎn)矩作用時，其上兩截面間的相對扭轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩成正比，因此可以通過測量扭轉(zhuǎn)角來測量轉(zhuǎn)矩。根據(jù)這一原理，可以制成光電式、相位差式、振弦式等轉(zhuǎn)矩傳感器。
（1）光電式轉(zhuǎn)矩傳感器
光電式轉(zhuǎn)矩傳感器如圖3所示。在轉(zhuǎn)軸上安裝兩個光柵圓盤，兩個光柵盤外側(cè)設(shè)有光源和光敏元件。無轉(zhuǎn)矩作用時，兩光柵的明暗條紋相互錯開，完全遮擋住光路，因此放置于光柵一側(cè)的光敏元件接收不到來自光柵盤另一側(cè)的光源的光信號，無電信號輸出。當(dāng)有轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)軸上時，由于軸的扭轉(zhuǎn)變形，安裝光柵處的兩截面產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角，兩片光柵的暗條紋逐漸重合，部分光線透過兩光柵而照射到光敏元件上，從而輸出電信號。轉(zhuǎn)矩越大，扭轉(zhuǎn)角越大，照射到光敏元件上的光越多，因而輸出電信號也越大。
這是一種非接觸測量方法，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便可靠，且測量精度不受轉(zhuǎn)速變化的影響。
（2）相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器
圖4所示是基于磁感應(yīng)原理的磁電相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器。它在被測轉(zhuǎn)軸相距l(xiāng)的兩端處各安裝一個齒形轉(zhuǎn)輪，靠近轉(zhuǎn)輪沿徑向各放置一個感應(yīng)式脈沖發(fā)生器（在永久磁鐵上繞一固定線圈而成）。當(dāng)轉(zhuǎn)輪的齒頂對準(zhǔn)永久磁鐵的磁極時，磁路氣隙減小，磁阻減小，磁通增大；當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)過半個齒距時，齒谷對準(zhǔn)磁極，氣隙增大，磁通減小，變化的磁通在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。無轉(zhuǎn)矩作用時，轉(zhuǎn)軸上安裝轉(zhuǎn)輪的兩處無相對角位移，兩個脈沖發(fā)生器的輸出信號相位相同。當(dāng)有轉(zhuǎn)矩作用時，兩轉(zhuǎn)輪之間就產(chǎn)生相對角位移，兩個脈沖發(fā)生器的輸出感應(yīng)電勢出現(xiàn)與轉(zhuǎn)矩成比例的相位差，設(shè)轉(zhuǎn)輪齒數(shù)為n，則相位差
圖3 光電式轉(zhuǎn)矩傳感器 圖4 相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器
（7）
代入式（5），得
（8）
可見只要測出相位差就可測得轉(zhuǎn)矩。n的選取應(yīng)使相位差滿足：
與光電式轉(zhuǎn)矩傳感器一樣，相位差式轉(zhuǎn)矩傳感器也是非接觸測量，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，對環(huán)境條件要求不高，精度一般可達(dá)0.2級。
（3）振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器
圖5所示是振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器。在被測軸上相隔距離的兩個面上固定安裝著兩個測量環(huán)，兩根振弦分別被夾緊在測量環(huán)的支架上。當(dāng)軸受轉(zhuǎn)矩作用時，兩個測量環(huán)之間產(chǎn)生一相對轉(zhuǎn)角，并使兩根振弦中的一根張力增大，另一根張力減小，張力的改變將引起振弦自振頻率的變化。自振頻率與所受外力的平方根成正比，因此測出兩振弦的振動頻率差，就可知轉(zhuǎn)矩大小。
圖5 振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器
在安裝振弦時必須使其有一定的預(yù)緊力。