第十章转速与功率测量机械工程测试技术课件.ppt

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1、机械工程测试技术 转速与功率测量（2）,第十章,内容,1、转速测量 2、功率测量3、测功器的应用重点：掌握各种转速与功率测量方法的原理、特点及应用场合,接触式测量：直接接触被测轴离心式转速表磁性转速表测速发电机非接触测量：不必接触被测轴磁电式光电式霍尔式,1、转速测量,磁电式测速电磁学原理：磁通变化产生感应电动势实际应用 测旋转轴的转速单位时间内的脉冲数除以齿数,1、转速测量,磁阻周期性变化，改变磁通量，感应电动势感应电压取决于转速/齿数探头端面距齿顶间隙（成反比）齿轮或转轴为非导磁材料时可否测量？,磁电式测速磁电式传感器优点能直接测量角速度输出功率较大，并可用于远距离测量结构简单，工作可靠磁

2、电式传感器缺点不宜在高温及强磁场环境下工作低速时信号弱，故不宜测低转速对转轴有一定阻力矩，不宜测小扭矩轴。为什么？,1、转速测量,光电式测速测量原理通过敏感元件来控制照于光电元件光通量的强弱，从而产生与被测轴转速成比例的电脉冲信号，再转化成相应的转速值实际应用反射式光电传感器透射式光电传感器优点测速范围可达每分钟几十万转对被测轴无干扰,1、转速测量,转速较低时是否存在信号弱问题？,光电式测速DT-2234B非接触转速表,1、转速测量,霍尔式测速测量原理:霍尔效应 实际应用:转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙改变磁场霍尔元件（半导体材料）上霍尔电压特点：保证在很低的速度下都有很强的信号结构：根据

3、待测对象结构特点，设计磁场和霍尔元件,1、转速测量,霍尔式测速角速度测量,1、转速测量,脉冲计数器,转盘,小磁钢,霍尔传感器,开关型霍尔传感器（OCH41）输入频率:020KHz输出信号:020V矩形脉冲使用温度范围:-40125工作电源:12V24VDC/20mA推荐安装间隙0.81.2 mm,数字式频率计测量频率和时间的仪器频率测量提取转速信号的主频标准的时基计数闸门时间T在T内计数为N每转m个脉冲，则转速为n,1、转速测量,被测信号f,闸门时间T,T,数字式频率计测量频率和时间的仪器周期测量低速转速信号计数闸门时间T选择时基（高频信号）周期T0 计数在T内计数为NTN.T0每转m个脉冲，

4、则转速为n,1、转速测量,被测信号T,T,时基信号T0,T0,数字式频率计测量频率和时间的仪器,1、转速测量,GFC-8010H 数字频率计提供频率与周期量测频率范围：1Hz 120MHz8 位数 0.3 LED 显示Over-Flow 指示灯高稳定时基：5ppm具低通滤波器功能,闪光测速仪测量原理视觉暂留现象在短时间内（1/151/20s），人眼有保持已经从视野中消失的物体形象的能力利用一个频率可调的闪光，照射转轴/盘上标记，当转速n与闪光频率f相等或成一个倍数时，转轴/盘上标记在视觉中就会呈现静止不动的状态，由此可测出被测转速使用特点：不接触测量物体、测量精度高、量程范围宽(几十万转),1

5、、转速测量,原标记图样 nf单定象 nNf单定象 nf/N重定象 nf同向转 nf反向转,数字式频闪仪,1、转速测量,DT2239A 闪频仪显示:4位超大屏幕液晶显示带背光速度范围:609,999RPM 测试精度：0.05%分辨率：1000RPM：0.1RPM1000RPM：1RPM电源：41.5V AA 电池 外型尺寸:2209474mm,机械式转速表离心式转速表 利用离心力大小与转速的平方成正比原理测量特点结构简单、使用方便、价格便宜精度低，且在测量中会消耗部分功率测量误差为1测速范围为30r/min20000r/min,1、转速测量,磁性转速表利用磁力原理的机械式转速表 利用转轴上的永磁

6、体，产生旋转磁场，在外边的金属罩上产生涡流，继而产生电磁旋转力，于游丝的反作用力矩相平衡，并带动指针指示出相应的被测转速,1、转速测量,发电式转速表原理：测速发电机显示仪器 测速发电机的转子与被测轴相连接，当测速发电机的转子随被测轴一起转动并切割磁力线时，在转子线圈中就感应电动势特点测速电机容易受环境温度、湿度干扰，精度1%-2%测速范围小于10000 r/min反应快、信号易于采集记录，主要用于瞬变转速测量,1、转速测量,发电式转速表,1、转速测量,ZYS型永磁直流测速发电机测量旋转体的转速，亦可用作转速反馈测速元件输出电压与转速成线性，正反方向的输出特性对称精度高，重量轻，尺寸小,一般方法

7、发电装置功率(W)电压V与电流I的乘积加工机械切削功率(kW)切削力Fz和切削速度v的乘积 V切削速度（m/s），Fz切削力（N）动力机械的轴功率(kW)转速n与输出扭矩Me的乘积 Me扭矩（m.N）,2、功率测量,扭矩测量扭矩：使物体/轴发生转动的力力x力矩单位：牛.米(N.m)、公斤.米(kg.m)敏感元件 扭矩作用下敏感元件扭转变形测量轴特制的联轴节传动轴测量扭矩方法测量扭转角测量轴表面切应力,2、功率测量,扭矩测量应变式扭矩传感器原理：应变原理 R1、R2变化相反 R1、R3变化相同、R2、R4变化相同 电桥测量关键技术：旋转体上电信号的传递集流环传递无线传递,2、功率测量,扭矩测量应

8、变式扭矩传感器水银槽式集流环：水银 适用于高速转轴的扭矩测量径向刷式集流环：滑环电刷 一般低速应变式扭矩传感器端面刷式集流环：滑环电刷 大直径轴、转速较高轴的测扭,2、功率测量,扭矩测量应变式扭矩传感器,2、功率测量,弹性轴、测量电桥、信号处理、数字发射、接收解调、接口电路,扭矩测量应变式扭矩传感器,2、功率测量,0260动态扭矩传感器量程：0.2、0.5、1、2、5、10、20、50 Nm 100、200、500、1000、2000、5000 Nm精度：0.1（满量程）（0.05可选）安装方式：轴扭矩信号：5Vdc信号传输：非接触式最高转速：50,000 RPM转速/转角信号：60/360

9、脉冲/转,扭矩测量相位差式扭矩传感器原理 在弹性变形范围内，中间轴上相隔一定长度的两截面上所产生扭转角的相位差与扭矩Me成正比,2、功率测量,在受扭轴的两端各安上一个齿轮，对着齿面再各装一个磁电传感器传感器上感应出两个与动力轴非接触的交流信号求出其信号的相位差,扭矩测量相位差式扭矩传感器在不承受扭矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，光源的光线没有透过光栅照射到光敏元件上，无输出信号。当转轴受扭矩后，转轴变形将使两光栅出现相对转角，部份光线透过光栅照射到光敏元件上产生输出信号。扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光通量愈大，输出信号愈大。,2、功率测量,驱/发动机的有效功率：驱动轴上所发出的功率测量方

10、案：驱动轴上的有效扭矩驱动机的转速吸收式测功器扭矩和转速测量吸收驱动机所发出的功率负载 常用吸收式测功器水力测功器电力测功器电涡流测功器,3、测功器应用,水力测功器利用物体在水中运动所受到的阻力，来对输出功率的动力机械施加反扭矩，从而吸收功率,3、测功器应用,转轴转动动搅棒划水离心力形成水环传扭到外壳力臂摆动测力读数定搅棒+水：吸收功率,水力测功器测功器的特性曲线：吸收功与水层厚度有关 包围区域表示测功器所能吸收功率范围 OA段最大水层厚度线(hmax)AB段最大制动扭矩线 BC段等功率曲线CD段最高转速线DO段空载线（h=0）优点：结构简单、工作可靠、价格便宜、功率储备大、使用方便缺点：转速

11、较低时制动力矩比较小,3、测功器应用,水力测功器选择：测功器的特性曲线测功器的最大吸收功率,水力测功器(系列),水力测功器测功器的特性曲线 功率匹配,3、测功器应用,应用：上图为某一水力测功器特性曲线0-A-B-C-D 某一发动机最大功率为70kW，最高运行转速为2000rpm（输出功率曲线1）高端：测功机165kW/5000rpm、115kW/2000rpm满足 低端：测功机30kW/1000rpm，无法吸收和测量发动机的功率 适用：发动机（输出功率曲线2）,水力测功器,3、测功器应用,电力测功器（发电机结构）,3、测功器应用,原理转子转动电枢绕组切割磁场（定子产生）产生感应电势/流发电电磁

12、力矩（阻止转向）传扭到外壳力臂摆动测力读数,电力测功器测功器的特性曲线 包围区域表示测功器所能吸收功率范围 OA段最大激励电流和最小负载电阻线AB段最大制动扭矩线 BC段最大功率曲线CD段最高转速线DO段空载线优点：低转速时制动力矩大测量精度高（在低速时，其制动力矩与转速的平方成正比）,3、测功器应用,电涡流测功器利用形成的电涡流吸收动力机械的输出功率,3、测功器应用,电涡流测功器结构示意图 转子/感应子（凸凹齿）转动改变磁通密度涡流环表面产生强烈的电涡流发热/电磁力（阻止转向）传扭到外壳力臂摆动测力读数,l气隙,L,定子磁轭,感应子-凸凹齿,励磁线圈,涡流环,特点结构简单、控制方便、测量精度高很宽的转速范围：100025000 r/min很大的功率范围：可达数千kW,电涡流测功器,3、测功器应用,电涡流测功器的激磁电流控制特性,功率 Ne,3、测功器应用,选择测功器的一般原则,评价测功器的重要指标：制动力矩,3、测功器应用,Thank you!,