第十章轉(zhuǎn)速與功率測量-機械工程測試技術(shù)PPT課件.ppt

1、機械工程測試技術(shù) 轉(zhuǎn)速與功率測量（2）第十章內(nèi)容 1、轉(zhuǎn)速測量 2、功率測量3、測功器的應(yīng)用重點：掌握各種轉(zhuǎn)速與功率測量方法的原理、特點及應(yīng)用場合 接觸式測量：直接接觸被測軸離心式轉(zhuǎn)速表磁性轉(zhuǎn)速表測速發(fā)電機非接觸測量：不必接觸被測軸磁電式光電式霍爾式1、轉(zhuǎn)速測量磁電式測速電磁學(xué)原理：磁通變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢實際應(yīng)用 測旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)除以齒數(shù)1、轉(zhuǎn)速測量磁阻周期性變化，改變磁通量，感應(yīng)電動勢感應(yīng)電壓取決于轉(zhuǎn)速/齒數(shù)探頭端面距齒頂間隙（成反比）齒輪或轉(zhuǎn)軸為非導(dǎo)磁材料時可否測量？ N S磁電式測速磁電式傳感器優(yōu)點能直接測量角速度輸出功率較大，并可用于遠距離測量結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠磁電式傳

2、感器缺點不宜在高溫及強磁場環(huán)境下工作低速時信號弱，故不宜測低轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)軸有一定阻力矩，不宜測小扭矩軸。為什么？1、轉(zhuǎn)速測量非磁性材料上感生信號的方法傳感器傳感器鋼片鋼片非磁性軸非磁性軸光電式測速測量原理通過敏感元件來控制照于光電元件光通量的強弱，從而產(chǎn)生與被測軸轉(zhuǎn)速成比例的電脈沖信號，再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值實際應(yīng)用反射式光電傳感器透射式光電傳感器優(yōu)點測速范圍可達每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)對被測軸無干擾1、轉(zhuǎn)速測量光源光電元件轉(zhuǎn)軸反光面透鏡透鏡透鏡半透反光膜轉(zhuǎn)軸多孔圓盤光源光電元件支架轉(zhuǎn)速較低時是否存在信號弱問題？光電式測速DT-2234B非接觸轉(zhuǎn)速表1、轉(zhuǎn)速測量量程599,999RPM分辨率RPM0.1RPM

3、1,000RPM1RPM1,000RPM顯示 5位，LCD，字高10mm精度 (0.05%+1位)采樣時間 1秒(60 RPM)，晶振探測距離 50150mm,最大300 mm由環(huán)境光線而定電路 LSI專用單片微機集成電路電池 1.5V AA 電池,4節(jié)工作溫度 050記憶 當前值、最大值、最小值尺寸 1907237 mm重量 250克霍爾式測速測量原理:霍爾效應(yīng) 實際應(yīng)用:轉(zhuǎn)子上的凸齒交替經(jīng)過永久磁鐵的空隙改變磁場霍爾元件（半導(dǎo)體材料）上霍爾電壓特點：保證在很低的速度下都有很強的信號結(jié)構(gòu)：根據(jù)待測對象結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計磁場和霍爾元件1、轉(zhuǎn)速測量霍爾式測速角速度測量 1、轉(zhuǎn)速測量脈沖計數(shù)器轉(zhuǎn)盤小磁

4、鋼霍爾傳感器開關(guān)型霍爾傳感器（OCH41）輸入頻率:020KHz輸出信號:020V矩形脈沖使用溫度范圍:-40125工作電源:12V24VDC/20mA推薦安裝間隙0.81.2 mm數(shù)字式頻率計測量頻率和時間的儀器頻率測量提取轉(zhuǎn)速信號的主頻標準的時基計數(shù)閘門時間T在T內(nèi)計數(shù)為N每轉(zhuǎn)m個脈沖，則轉(zhuǎn)速為n 1、轉(zhuǎn)速測量被測信號f閘門時間TT數(shù)字式頻率計測量頻率和時間的儀器周期測量低速轉(zhuǎn)速信號計數(shù)閘門時間T選擇時基（高頻信號）周期T0 計數(shù)在T內(nèi)計數(shù)為NTN.T0每轉(zhuǎn)m個脈沖，則轉(zhuǎn)速為n 1、轉(zhuǎn)速測量被測信號TT時基信號T0T0數(shù)字式頻率計測量頻率和時間的儀器1、轉(zhuǎn)速測量GFC-8010H 數(shù)字頻率

5、計提供頻率與周期量測頻率范圍：1Hz 120MHz8 位數(shù) 0.3 LED 顯示Over-Flow 指示燈高穩(wěn)定時基：5ppm具低通濾波器功能閃光測速儀測量原理視覺暫留現(xiàn)象在短時間內(nèi)（1/151/20s），人眼有保持已經(jīng)從視野中消失的物體形象的能力利用一個頻率可調(diào)的閃光，照射轉(zhuǎn)軸/盤上標記，當轉(zhuǎn)速n與閃光頻率f相等或成一個倍數(shù)時，轉(zhuǎn)軸/盤上標記在視覺中就會呈現(xiàn)靜止不動的狀態(tài)，由此可測出被測轉(zhuǎn)速使用特點：不接觸測量物體、測量精度高、量程范圍寬(幾十萬轉(zhuǎn))1、轉(zhuǎn)速測量原標記圖樣 nf單定象 nNf單定象 nf/N重定象 nf同向轉(zhuǎn) nf反向轉(zhuǎn) 數(shù)字式頻閃儀1、轉(zhuǎn)速測量DT2239A 閃頻儀顯示:

6、4位超大屏幕液晶顯示帶背光速度范圍: 609,999RPM 測試精度：0.05% 分辨率：1000RPM：0.1RPM1000RPM：1RPM電源：41.5V AA 電池 外型尺寸: 2209474mm 機械式轉(zhuǎn)速表離心式轉(zhuǎn)速表 利用離心力大小與轉(zhuǎn)速的平方成正比原理測量特點結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜精度低，且在測量中會消耗部分功率測量誤差為1測速范圍為30r/min20000r/min1、轉(zhuǎn)速測量滑塊轉(zhuǎn)軸齒條指針彈簧重塊m磁性轉(zhuǎn)速表利用磁力原理的機械式轉(zhuǎn)速表 利用轉(zhuǎn)軸上的永磁體，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在外邊的金屬罩上產(chǎn)生渦流，繼而產(chǎn)生電磁旋轉(zhuǎn)力，于游絲的反作用力矩相平衡，并帶動指針指示出相應(yīng)的被測轉(zhuǎn)

7、速 1、轉(zhuǎn)速測量發(fā)電式轉(zhuǎn)速表原理：測速發(fā)電機顯示儀器 測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與被測軸相連接，當測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子隨被測軸一起轉(zhuǎn)動并切割磁力線時，在轉(zhuǎn)子線圈中就感應(yīng)電動勢特點測速電機容易受環(huán)境溫度、濕度干擾，精度1%-2%測速范圍小于10000 r/min反應(yīng)快、信號易于采集記錄，主要用于瞬變轉(zhuǎn)速測量1、轉(zhuǎn)速測量發(fā)電式轉(zhuǎn)速表1、轉(zhuǎn)速測量ZYS型永磁直流測速發(fā)電機測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，亦可用作轉(zhuǎn)速反饋測速元件輸出電壓與轉(zhuǎn)速成線性，正反方向的輸出特性對稱精度高，重量輕，尺寸小一般方法發(fā)電裝置功率(W) 電壓V與電流I的乘積加工機械切削功率(kW) 切削力Fz和切削速度v的乘積 V切削速度（m/s） ，F(xiàn)z切削力

8、（N）動力機械的軸功率(kW) 轉(zhuǎn)速n與輸出扭矩Me的乘積 Me扭矩（m.N）2、功率測量扭矩測量扭矩：使物體/軸發(fā)生轉(zhuǎn)動的力力x力矩單位：牛.米(N.m)、公斤.米(kg.m)敏感元件 扭矩作用下敏感元件扭轉(zhuǎn)變形測量軸特制的聯(lián)軸節(jié)傳動軸測量扭矩方法測量扭轉(zhuǎn)角測量軸表面切應(yīng)力2、功率測量扭矩測量應(yīng)變式扭矩傳感器原理：應(yīng)變原理 R1、R2變化相反 R1、R3變化相同、R2、R4變化相同 電橋測量關(guān)鍵技術(shù)：旋轉(zhuǎn)體上電信號的傳遞集流環(huán)傳遞無線傳遞2、功率測量扭矩測量應(yīng)變式扭矩傳感器水銀槽式集流環(huán)：水銀 適用于高速轉(zhuǎn)軸的扭矩測量徑向刷式集流環(huán)：滑環(huán)電刷 一般低速應(yīng)變式扭矩傳感器端面刷式集流環(huán)：滑環(huán)電刷

9、 大直徑軸、轉(zhuǎn)速較高軸的測扭2、功率測量水銀槽式集流環(huán)引線扭力軸應(yīng)變片內(nèi)運動環(huán)水銀層絕緣層外固定環(huán)旋轉(zhuǎn)軸滑環(huán)電刷絕緣層固定套端面刷式集流環(huán)扭矩測量應(yīng)變式扭矩傳感器2、功率測量彈性軸、測量電橋、信號處理、數(shù)字發(fā)射、接收解調(diào)、接口電路扭矩測量應(yīng)變式扭矩傳感器2、功率測量0260動態(tài)扭矩傳感器量程：0.2、0.5、1、2、5、10、20、50 Nm 100、200、500、1000、2000、5000 Nm精度：0.1 （滿量程）（0.05可選）安裝方式：軸扭矩信號：5Vdc信號傳輸：非接觸式最高轉(zhuǎn)速：50,000 RPM轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)角信號：60/360 脈沖/轉(zhuǎn)扭矩測量相位差式扭矩傳感器原理 在彈性變

10、形范圍內(nèi)，中間軸上相隔一定長度的兩截面上所產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角的相位差與扭矩Me成正比2、功率測量在受扭軸的兩端各安上一個齒輪，對著齒面再各裝一個磁電傳感器傳感器上感應(yīng)出兩個與動力軸非接觸的交流信號求出其信號的相位差扭矩測量相位差式扭矩傳感器在不承受扭矩時，兩光柵的明暗區(qū)正好互相遮擋，光源的光線沒有透過光柵照射到光敏元件上，無輸出信號。當轉(zhuǎn)軸受扭矩后，轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)角，部份光線透過光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信號。扭矩愈大，扭轉(zhuǎn)角愈大，穿過光柵的光通量愈大，輸出信號愈大。2、功率測量光源光敏傳感器彈性轉(zhuǎn)軸圓盤光柵驅(qū)/發(fā)動機的有效功率：驅(qū)動軸上所發(fā)出的功率測量方案：驅(qū)動軸上的有效扭矩驅(qū)動機的

11、轉(zhuǎn)速吸收式測功器扭矩和轉(zhuǎn)速測量吸收驅(qū)動機所發(fā)出的功率負載 常用吸收式測功器水力測功器電力測功器電渦流測功器 3、測功器應(yīng)用水力測功器利用物體在水中運動所受到的阻力，來對輸出功率的動力機械施加反扭矩，從而吸收功率3、測功器應(yīng)用驅(qū)動軸2346715h出水閥進水閥外殼滾動軸承轉(zhuǎn)軸定攪棒 動攪棒水環(huán)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動動攪棒劃水離心力形成水環(huán)傳扭到外殼力臂擺動測力讀數(shù)定攪棒+水：吸收功率8910力臂測力機構(gòu)表盤外殼水力測功器測功器的特性曲線：吸收功與水層厚度有關(guān) 包圍區(qū)域表示測功器所能吸收功率范圍 OA段最大水層厚度線(hmax)AB段最大制動扭矩線 BC段等功率曲線CD段最高轉(zhuǎn)速線DO段空載線（h=0）優(yōu)點：結(jié)

12、構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、功率儲備大、使用方便缺點：轉(zhuǎn)速較低時制動力矩比較小3、測功器應(yīng)用Nen0ABCD水力測功器選擇：測功器的特性曲線測功器的最大吸收功率水力測功器(系列)水力測功器測功器的特性曲線 功率匹配3、測功器應(yīng)用12 應(yīng)用：上圖為某一水力測功器特性曲線0-A-B-C-D 某一發(fā)動機最大功率為70kW，最高運行轉(zhuǎn)速為2000rpm （輸出功率曲線1） 高端：測功機165kW/5000rpm、115kW/2000rpm滿足 低端：測功機30kW/1000rpm，無法吸收和測量發(fā)動機的功率 適用：發(fā)動機（輸出功率曲線2）水力測功器3、測功器應(yīng)用電力測功器（發(fā)電機結(jié)構(gòu)） 3、測功器應(yīng)用

13、原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動電樞繞組切割磁場（定子產(chǎn)生）產(chǎn)生感應(yīng)電勢/流發(fā)電電磁力矩（阻止轉(zhuǎn)向）傳扭到外殼力臂擺動測力讀數(shù) 平衡式直流電力測功器結(jié)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)子外殼勵磁繞組電樞繞組力臂測力機構(gòu)電力測功器測功器的特性曲線 包圍區(qū)域表示測功器所能吸收功率范圍 OA段最大激勵電流和最小負載電阻線AB段最大制動扭矩線 BC段最大功率曲線CD段最高轉(zhuǎn)速線DO段空載線優(yōu)點：低轉(zhuǎn)速時制動力矩大測量精度高 （在低速時，其制動力矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比）3、測功器應(yīng)用NenoABCD電渦流測功器利用形成的電渦流吸收動力機械的輸出功率3、測功器應(yīng)用電渦流測功器結(jié)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)子/感應(yīng)子（凸凹齒）轉(zhuǎn)動改變磁通密度渦流環(huán)表面產(chǎn)生強烈的電渦流發(fā)熱/電磁力（阻止轉(zhuǎn)向）傳扭到外殼力臂擺動測力讀數(shù)l氣隙L定子磁軛感應(yīng)子-凸凹齒勵磁線圈渦流環(huán)特點結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、測量精度高很寬的轉(zhuǎn)速范圍： 100025000 r/min很大的功率范圍： 可達數(shù)千kW電渦流測功器3、測功器應(yīng)用電渦流測功器的激磁電流控制特性功率 Ne3、測功器應(yīng)用測功器名稱綜合結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)用功率范圍 測量精度適用范圍對安裝及操作的要求成本低速制動力矩工作穩(wěn)定條件其它說明水利測功器中各種功率1%2%中等轉(zhuǎn)速安裝保養(yǎng)簡單，操作方便低小進水壓頭平穩(wěn)電力測功器大中小功率0.5%1%中等轉(zhuǎn)速安裝