轉矩轉速傳感器的工作原理是：它主要由扭力軸、磁檢測器、轉筒及殼體等部分構成。磁檢測器包含配對的兩組內、外齒輪，還有永久磁鋼和感應線圈。

外齒輪裝在扭力軸測量段兩端，內齒輪在轉筒內與外齒輪相對，永久磁鋼緊挨著內齒輪在轉筒里。永久磁鋼、內外齒輪形成環狀閉合磁路，感應線圈固定在殼體兩端蓋內。

驅動電機帶動內齒輪隨轉筒旋轉，內外齒輪是變位齒輪不嚙合，齒頂有工作氣隙，相對旋轉時齒頂和齒槽交替，轉動一個齒位工作氣隙就發生一個周期變化，磁路的磁阻和磁通也相應周期變化，于是線圈中感應出近似正弦波的電壓訊號，且訊號電壓瞬時值變化和內外齒輪相對位置變化一致。安裝時兩只內齒輪投影重合，而扭力軸上兩只外齒輪錯動半個齒，所以兩個電壓訊號有半個周期相位差。

當扭力軸受扭矩作用產生扭角，外齒輪錯位角變化，兩個電壓訊號相差角也跟著變，扭角和扭矩成正比，相位差角變化也和扭矩成正比。將傳感器的兩個電壓訊號輸入 TR-1 轉矩轉速功率測量儀，經過放大、整形、檢相、變換成計數脈沖，然后計數顯示，就能直接讀出扭矩和轉速測量結果。采用磁電轉換、相位差原理和數字顯示的測量方法，能實現穩定、可靠、快速、靈敏的高精度測量。

此外，還有一種原理是通過彈性軸、兩組磁電信號發生器，把被測轉矩、轉速轉換成具有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉矩成正比。

在彈性軸的兩端安裝有兩只信號齒輪，在兩齒輪的上方各裝有一組信號線圈，在信號線圈內均裝有磁鋼，與信號齒輪組成磁電信號發生器。當信號齒輪隨彈性軸轉動時，由于信號齒輪的齒頂及齒谷交替周期性的掃過磁鋼的底部，使氣隙磁導產生周期性的變化，線圈內部的磁通量亦產生周期性變化，使線圈中感生出近似正弦波的交流電信號。

這兩組交流電信號的頻率相同且與軸的轉速成正比，因此可以用來測量轉速。這兩組交流電信號之間的相位與其安裝的相對位置及彈性軸所傳遞扭矩的大小及方向有關。當彈性軸不受扭時，兩組交流電信號之間的相位差只與信號線圈及齒輪的安裝相對位置有關，這一相位差一般稱為初始相位差，在設計制造時，使其相差半個齒距左右，即兩組交流電信號之間的初始相位差在 180 度左右。在彈性軸受扭時，將產生扭轉變形，使兩組交流電信號之間的相位差發生變化，在彈性變形范圍內，相位差變化的絕對值與轉矩的大小成正比。把這兩組交流電信號用專用屏蔽電纜線送入 NC 型扭矩測量儀或具有其功能的扭矩卡送入計算機，即可得到轉矩、轉速及功率的精確值。