资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/12/13,#,第,9,章 转速、转矩和功率测量,热能与动力工程测试技术,第,3,版,9.1,转速测量,9.2,转矩测量,9.3,功率测量,第9章 转速、转矩和功率测量热能与动力工程测试技术第3,1,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.1,转速测量,转速、转矩和功率是描述动力机械运转状况的重要技术参数，所有动力机械的工作能力与工作状况都可以用它们来描述。所以，转速、转矩和功率的精确测量具有十分重要的意义。,a.,离心式转速表,原理：,利用离心力器件（重环或重锤）旋转后产生与转速的平方成正比的离心力，通过克服弹簧的反作用力推动指示机构工作,。,手持式,固定式,优点,是简单通用，且稳定性好；,缺点,是测量精度较低（不优于,1,至,2,级），故虽然应用较广，但多用作试验时检查动力机械的参考读数。,b.,磁性转速表,原理：,利用回转圆盘在旋转磁场中感应出电涡流而产生扭矩变化，从而带动指针偏转来测速,。,优点,是,结构简单，对振动的敏感性小，测速范围宽，故应用范围也较广，典型应用是汽车和船用转速表,；,缺点,是,这种转速表虽然精度不高（,1.5,2,级），,1.,接触式转速表,第9章转速、转矩和功率测量9.1 转速测量 转速、转矩,2,c.,电动转速表,电动转速表一般由发送器、指示器和连接导线三部分组成。发送器实际上是一个小型永磁的交流或直流发电机，由被测速轴通过联轴节直接带动发电，转速越高，产生的电动势越大。通过电压表指示所测转速。,电动转速表工作时产生的电动势受磁场强度、温度等因素的影响，精度不高（,1.5,级）。,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.1,转速测量,d.,定时转速表,原理：,在一定时间内通过累计转数来测量转速,定时转速表使用方便，精度较高（可达,0.5,级），测量上限可达,10000r/min,，可以用于内燃机等高速机械的转速测量。,c.电动转速表 电动转速表一般由发送器、指示器和连接导,3,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.1,转速测量,2.,非接触式转速表,非接触转速表是当前动力机械测量中最常用的测速仪表，它不消耗被测速转轴的扭矩，且测量精度高，但结构相对复杂。,a.,光电式转速传感器,原理：,利用光电元件（如光电池、光电管、光敏电阻等）对光的敏感性来测量转速,投射式（图,a),）,反射式（图,b),）,第9章转速、转矩和功率测量9.1 转速测量2.非接触式转速表,4,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.1,转速测量,b.,磁电式转速传感器,1-,传感器壳体,2-,输出信号线,3-,保护层,4-,永磁体,5-,感应线圈,6-,杆销,7-,触发齿轮,G-,气隙,触发齿轮,7,由导磁材料制成，有,z,个齿，安装在被测速转轴上。永磁体,4,和感应线圈,5,组成磁头，安装在紧靠齿轮边缘约,2mm,处。齿轮每转过,1,个齿就切割,1,次磁力线，产生,1,个来自线圈感应电动势的脉冲信号。齿轮每一圈就发出,z,个电脉冲信号。,与光电式转速传感器相比，磁电式转速传感器结构简单，无需配置专门的电源装置，且脉冲信号不会因转速过高而减弱，测速范围广，因此使用范围非常广泛。,第9章转速、转矩和功率测量9.1 转速测量b.磁电式转速传感,5,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,转矩又称扭矩，它往往与动力机械的工作能力、能量消耗、效率、运转寿命及安全等因素紧密联系，是动力机械性能试验中需测量的重要参数之一。,1.,转矩测量方法分类,a,传递法,轴受到转矩作用时会产生变形、应力或应变，传递法就是通过测量变形、应力或应变来测量扭矩的，它又可作如下分类。,根据传感器所感应的参数可分为变形型、应变型和应力型转矩传感器，分别感受转轴的变形、应变和应力。,根据转矩信号的产生方式可分为电阻式、光学式、光电式、感应式、电感式、钢铉式、机械式转矩传感器等。,根据转矩信号的传输方式可分为接触式和非接触式两大类。,根据转矩传感器的安装方式可分串装式和附装式两类。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 转矩又称扭,6,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,b.,平衡力法,1,机壳,2,平衡支承,3,力臂杆,4,测力机构,当匀速运转的动力机械的传动轴对外输出一定大小的转矩时，在其机壳上必然同时作用着大小相等、方向相反的平衡力矩。通过测量机壳上的平衡力矩来确定动力机械传动轴上工作力矩的方法称为平衡力法，又称作支反力法。,动力机械试验中常用的测功机中转矩的测量方法就是典型的平衡力法。其原理如,下图,所示，机壳,1,安装在摩擦力矩很小的平衡支承,2,上，力臂杆,3,被固定在机壳上。力,F,通过测力机构,4,作用在力臂上。假设动力机械处于匀速运转状态，测得的平衡力矩,T,F,l,必定与传动轴输出的转矩,T,大小相等。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量b.平衡力法1机,7,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,2.,常用转矩测量仪器,a.,钢铉转矩测量仪,原理：,弹性扭轴的变形引起钢铉伸缩，从而使钢铉振动的固有频率发生变化,。,钢铉的固有振动频率为,式中，,l,0,为钢铉的自由长度；,为钢铉绷紧时的拉应力；,为钢铉的密度。,1,弹性扭轴,2,卡盘,3,凸臂,4,钢铉,左图为,钢铉转矩测量仪的原理图,。,两只卡盘,2,固定在弹性扭轴,1,上，每只卡盘上有一凸臂,3,，钢铉,4,的两端分别安装在两个凸臂上，钢铉与扭轴相对固定。弹性扭轴在转矩的作用下发生弹性变形时，两只卡盘之间产生相对角位移，固定在卡盘凸臂上的钢铉长度发生变化，改变了钢铉的固有频率。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量2.常用转矩测量仪,8,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,假设弹性扭轴处于自由状态时，钢铉的固有频率为,f,0,，受转矩,T,作用时频率为,f,，则,式中，,K,是常数，它由弹性扭轴的刚度、钢铉的尺寸及测量仪的特性等决定。,测得频率,f,则可测量出转矩,T,。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 假设弹性扭,9,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,b.,光电式转矩仪,原理：,利用扭轴两端的光学元件将转矩引起的扭轴变形产生的相位差转换为电信号，再根据检测到的电信号确定作用于轴上的扭矩,。,1,、,5,套筒,2,光源,3,、,3,光栅盘,4,光电管,6,弹性扭轴,下图为,光电式转矩仪传感器示意图,与光栅盘结构图：,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 b.光电式,10,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,a,）两光栅盘正视图,b,）两光栅盘侧视图,光栅盘,3,和,3,通过套筒,1,、,5,分别固定在扭轴,6,的,A,、,B,两端，由两片直径相同的圆盘制成，沿径向做成放射状透光和不透光部分相间的图形。当弹性转轴,6,没有受到转矩的作用时，光栅,3,上的透光部分正好与光栅,3,上的不透光部分重叠，光源,2,发出的光照射不到光电管,4,上，光电管输出电流为零；当弹性扭转轴,6,受到转矩的作用时发生扭转变形，光栅盘,3,与,3,相对错开一定位置，形成一个透光口，此时光源发出的光能穿过两光栅盘，转矩越大，透光口的开度就越大，光通量就越大。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 a）两光栅盘正视,11,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量,12,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量,13,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,c.,光学式转矩仪,1,望远镜,2,反射光线,3,扭转应变轴,4,弹性传递轴,5,镜子,6,平行光线投射器,7,光线入射孔,8,直射光线,图示为,光学式转矩仪结构和光路示意图,。,轴扭转后，轴的两端产生相对位移，这种位移通过弹性传递轴使两面镜子也产生了相对位移，因而使光路发生变化，根据这个变化量即可测得转矩的大小。,通过平行光线投射器和望远镜,可,实现,读数。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 c.光学式,14,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,d.,磁电式转矩仪,a),磁电式转矩仪工作原理,图,b),磁电式转矩传感器结构示意图,1,弹性轴,2,齿轮,3,校准筒,4,永磁体,5,滚动轴承,6,壳体,7,电动机,在相距,L,的两截面上装有两个齿轮以及两个相同的磁电式传感器，轴每转一转，传感器产生一列脉冲信号，在轴传递转矩而产生扭转变形时，从两个磁电传感器上所得的两列脉冲波形间将产生一个与扭转角成正比的相位差。测量此相位差信号并经数据处理后，即可求出所测量转矩。,当弹性轴上无负载时，相对旋转的齿轮对使磁路中气隙不断变化，在线圈,8,中感应出交变的电势；当承受转矩时，弹性轴两端产生一转角，使线圈,8,中的感应电势相位发生变化，变化的程度反映了待测转矩的大小。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 d.磁电式,15,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,e.,应变式转矩仪,应变式转矩仪是利用,应变原理,来测量转矩的，它安装在动力机械和负荷之间。当处于动力机械和负荷之间的被测轴,(,应变式转矩仪轴,),承受转矩时，最大应力发生在轴的外圆周面上，两个主应力轴线成,45,和,135,夹角。因此，把应变片粘贴在测点的主应力方向上测出应变值，从而测得转矩。,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 e.应变式,16,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.2,转矩,测量,e.,磁致伸缩式转矩仪,原理：,磁致伸缩效应,铁磁物体的磁化特性在机械力作用下会发生显著变化,；,铁磁物体在外界磁场作用下会发生机械变形。,磁致伸缩式转矩仪工作原理图,“磁桥”,:,A,与,B,为绕在铁心上的交流励磁线圈,;C,与,D,为绕在铁心上的感应线圈,;,两铁心成直角，测量头接近用铁磁材料制成的测量轴，铁心与测量轴表面约有,12mm,的间隙。,优点：,无触点、坚固耐用、输出电压高（可达,10V,）、对仪器材料无特殊要求（一般采用低、中碳钢即可）、对温度和干扰不敏感,第9章转速、转矩和功率测量9.2 转矩测量 e.磁致伸,17,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.3,功率测量,主要,测量,方法：,（,1,）通过电功率测量。又称损耗分析法，动力机械由电动机直接驱动，先测出电动机的输入功率，再利用损耗分析计算电动机的输出功率，即为动力机械的轴功率。,（,2,）通过转矩间接测量。由于动力机械的轴功率正比于转矩与转速的乘积，故常采用间接测量方法。分别测量转矩和转速，再按下式求得功率,1.,用测功机作为负载进行功率测量,2.,采用转矩仪测量转矩,电力测功机、水力测功机和磁粉测功机,1.,功率基本测量方法,第9章转速、转矩和功率测量9.3 功率测量主要测量方法：,18,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.3,功率测量,2.,水力测功机,水力测功机的主体为水力制动器，它由转子和外壳组成，外壳由滚动轴承支承，因而可以自由摆动。,a.,圆盘式水力测功机,1,转轴,2,转盘,3,进水口,4,进水阀,5,外壳,6,出水管,7,涡轮,8,引水管,圆盘式水力测功机是通过,改变水层厚度调节制动转矩,的，,下图,为其结构简图。,第9章转速、转矩和功率测量9.3 功率测量2.水力测功机,19,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.3,功率测量,b.,涡流室式水力测功机,涡流式水力测功机通过改变水压或改变作用面积调节制动转矩，前者通过控制排水阀的开度改变内腔水压及水量来调节制动转矩的大小；后者靠闸套的位置移动调节转矩，而内腔始终充满着水。,1,转子小室,2,闸套,3,外壳小室,下图,为闸套式水力测功机的涡流室示意图,第9章转速、转矩和功率测量9.3 功率测量b.涡流室式水力测,20,第,9,章转速、转矩和功率测量,9.3,功率测量,3.,电力测功机,电力测
展开阅读全文