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、机械工程测试技术机械工程测试技术 转速与功率测量(转速与功率测量(2)第十章第十章内容内容 1、转速测量、转速测量 2、功率测量、功率测量3、测功器的应用、测功器的应用重点重点:掌握各种转速与功率测量方法的原理、特掌握各种转速与功率测量方法的原理、特点及应用场合点及应用场合 n接触式测量:直接接触被测轴接触式测量:直接接触被测轴离心式转速表离心式转速表磁性转速表磁性转速表测速发电机测速发电机n非接触测量:不必接触被测轴非接触测量:不必接触被测轴磁电式磁电式光电式光电式霍尔式霍尔式1 1、转速测量、转速测量磁电式测速磁电式测速n电磁学原理:磁通变化产生感应电动势电磁学原理:磁通变化产生感应电动势
2、n实际应用实际应用 测旋转轴的转速测旋转轴的转速单位时间内的脉冲数除以齿数单位时间内的脉冲数除以齿数1 1、转速测量、转速测量dtdNe 磁阻周期性变化,改变磁通量,感应电磁阻周期性变化,改变磁通量,感应电动势动势 感应电压取决于感应电压取决于转速转速/ /齿数齿数探头端面距齿顶间隙(成反比)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?齿轮或转轴为非导磁材料时可否测量? N S磁电式测速磁电式测速n磁电式传感器优点磁电式传感器优点能直接测量角速度能直接测量角速度输出功率较大,并可用于远距离测量输出功率较大,并可用于远距离测量结构简单,工作可靠结构简单,工作可靠n磁电式传感器
3、缺点磁电式传感器缺点不宜在高温及强磁场环境下工作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,不宜测小扭矩对转轴有一定阻力矩,不宜测小扭矩轴。为什么?轴。为什么?1 1、转速测量、转速测量非磁性材料上感生信号的方法非磁性材料上感生信号的方法传感器传感器传感器传感器钢片钢片钢片钢片非磁性轴非磁性轴非磁性轴非磁性轴光电式测速光电式测速n测量原理测量原理通过敏感元件来通过敏感元件来控制照于光电元件光通量的强弱控制照于光电元件光通量的强弱,从而产生与被,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测轴转速成比例的电脉冲信号,再转
4、化成相应的转速值n实际应用实际应用反射式光电传感器反射式光电传感器透射式光电传感器透射式光电传感器n优点优点测速范围可达每分钟几十万转测速范围可达每分钟几十万转对被测轴无干扰对被测轴无干扰1 1、转速测量、转速测量光源光源光电元件光电元件转轴转轴反光面反光面透镜透镜透镜透镜透镜透镜半透反光膜半透反光膜转转轴轴多孔圆盘多孔圆盘光光源源光电元件光电元件支支架架转速较低时是否存在信号弱问题?转速较低时是否存在信号弱问题?光电式测速光电式测速nDT-2234BDT-2234B非接触转速表非接触转速表1 1、转速测量、转速测量量程量程599,999RPM分辨率分辨率RPM0.1RPM1,000RPM1R
5、PM1,000RPM显示显示 5位,LCD,字高10mm精度精度 (0.05%+1位)采样时间采样时间 1秒(60 RPM),晶振探测距离探测距离 50150mm,最大300 mm由环境光线而定电路电路 LSI专用单片微机集成电路电池电池 1.5V AA 电池,4节工作温度工作温度 050记忆记忆 当前值、最大值、最小值尺寸尺寸 1907237 mm重量重量 250克霍尔式测速霍尔式测速n测量原理测量原理: :霍尔效应霍尔效应 n实际应用实际应用: :转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙改改变磁场变磁场霍尔元件(半导体材料)上霍尔元件(半导体材料)上霍尔电压霍尔
6、电压n特点:特点:保证在很低的速度下都有很强的信号保证在很低的速度下都有很强的信号n结构:结构:根据待测对象结构特点,设计磁场和霍尔元件根据待测对象结构特点,设计磁场和霍尔元件1 1、转速测量、转速测量HHUBK I霍尔式测速霍尔式测速n角速度角速度测量测量 1 1、转速测量、转速测量脉冲脉冲计数器计数器转盘转盘小磁钢小磁钢霍尔传感器霍尔传感器开关型霍尔传感器(开关型霍尔传感器(OCH41OCH41)输入频率输入频率:0:020KHz20KHz输出信号输出信号:0:020V20V矩形脉冲矩形脉冲使用温度范围使用温度范围:-40:-40125125工作电源工作电源:12V:12V24VDC/20
7、mA24VDC/20mA推荐安装间隙推荐安装间隙0.80.81.2 mm1.2 mm数字式频率计数字式频率计测量频率和时间的仪器测量频率和时间的仪器n频率测量频率测量提取转速信号的主频提取转速信号的主频标准的时基标准的时基计数闸门时间计数闸门时间T T在在T T内计数为内计数为N N每转每转m m个脉冲,则转速为个脉冲,则转速为n n 1 1、转速测量、转速测量 放大放大 整形整形 计数计数 闸门闸门 频率频率 显示显示 控制控制 电路电路 振荡器振荡器 时基分频器时基分频器 f f K Tn T mTNn.60被测信号f闸门时间TT数字式频率计数字式频率计测量频率和时间的仪器测量频率和时间的
8、仪器n周期测量周期测量低速低速转速信号转速信号计数闸门时间计数闸门时间T T选择时基(高频信号)周期选择时基(高频信号)周期T T0 0 计数计数在在T T内计数为内计数为N NT TN.N.T T0 0每转每转m m个脉冲,则转速为个脉冲,则转速为n n 1 1、转速测量、转速测量 放大放大 整形整形 计数计数 闸门闸门 频率频率 显示显示 控制控制 电路电路 f f 时基分时基分频器频器 K Tn T 振荡器振荡器 0160mNTn 被测信号TT时基信号T0T0数字式频率计数字式频率计测量频率和时间的仪器测量频率和时间的仪器1 1、转速测量、转速测量GFC-8010H GFC-8010H
9、数字频率计数字频率计提供频率与周期量测提供频率与周期量测频率范围:频率范围:1Hz 120MHz1Hz 120MHz8 8 位数位数 0.3 LED 0.3 LED 显示显示Over-Flow Over-Flow 指示灯指示灯高稳定时基:高稳定时基:5ppm5ppm具低通滤波器功能具低通滤波器功能闪光测速仪闪光测速仪n测量原理测量原理视觉暂留现象视觉暂留现象在短时间内(在短时间内(1/151/20s1/151/20s),人眼有),人眼有保持已经从视野中消失的物保持已经从视野中消失的物体形象的能力体形象的能力利用一个频率可调的闪光,照射转轴利用一个频率可调的闪光,照射转轴/ /盘上盘上标记标记,
10、当转速,当转速n n与闪光与闪光频率频率f f相等或成一个相等或成一个倍数倍数时,转轴时,转轴/ /盘上标记在视觉中就会呈现静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止不动的状态,由此可测出被测转速n使用特点:使用特点:不接触测量物体、测量精度高、量程范围宽不接触测量物体、测量精度高、量程范围宽( (几十万转几十万转) )1 1、转速测量、转速测量0160mNTn 原标记图样原标记图样 nf单定象单定象 nNf单定象单定象 nf/N重定象重定象 nf同向转同向转 nf反向转反向转 数字式频闪仪数字式频闪仪1 1、转速测量、转速测量DT2239A DT2239A 闪频仪闪频仪显
11、示显示: 4: 4位超大屏幕液晶显示带背光位超大屏幕液晶显示带背光速度范围速度范围: 60: 609,999RPM 9,999RPM 测试精度:测试精度:0.05% 0.05% 分辨率:分辨率:1000RPM1000RPM:0.1RPM0.1RPM1000RPM1000RPM:1RPM1RPM电源:电源:4 41.5V AA 1.5V AA 电池电池 外型尺寸外型尺寸: 220: 220949474mm 74mm 机械式转速表机械式转速表n离心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利用离心力大小与转速的平方成正比原理测量原理测量n特点特点结构简单、使用方便、价格便宜结构简单、使
12、用方便、价格便宜精度低,且在测量中会精度低,且在测量中会消耗消耗部分功率部分功率测量误差为测量误差为1 1测速范围为测速范围为30r/min30r/min20000r/min20000r/min1 1、转速测量、转速测量22)602(nmrmrF滑块滑块转轴转轴齿条齿条指针指针弹簧弹簧重块重块m磁性转速表磁性转速表n利用磁力原理的机械式转速表利用磁力原理的机械式转速表 利用转轴上的永磁体,产生利用转轴上的永磁体,产生旋转磁场旋转磁场,在外边的,在外边的金属罩金属罩上产生涡上产生涡流,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
13、示出相应的被测转速动指针指示出相应的被测转速 1 1、转速测量、转速测量发电式转速表发电式转速表n原理:原理:测速发电机显示仪器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感应电动势n特点特点测速电机容易受环境温度、湿度干扰,精度测速电机容易受环境温度、湿度干扰,精度1%-2%1%-2%测速范围小于测速范围小于10000 r/min10000 r/min反应快、信号易于采集记录,主要用于瞬变转速测量反应快、信号易于采集
14、记录,主要用于瞬变转速测量1 1、转速测量、转速测量NnKE发电式转速表发电式转速表1 1、转速测量、转速测量ZYS型永磁直流测速发电机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,尺寸小精度高,重量轻,尺寸小一般方法一般方法发电装置功率发电装置功率(W)(W) 电压电压V V与电流与电流I I的乘积的乘积加工机械切削功率加工机械切削功率(kW)(kW) 切削力切削力F Fz z和切削速度和切削速度v v的乘积的乘积 VV切削速度(切
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