热工测量仪表 动力机械的转速、转矩和功率测量

意义 转速、转矩和功率 —— 描述动力机械运转 状况的关键数据，性能的重要技术参数 转速、转矩和功率 —— 描述动力机械运转 状况的关键数据，性能的重要技术参数 涉及到国民经济各部分 涉及到国民经济各部分 科学技术的进步 —— 动力机械的高速发 展 —— 性能参数提出更高的要求 科学技术的进步 —— 动力机械的高速发 展 —— 性能参数提出更高的要求

9.1 转速的测量 单位： r/min 每分钟的转数 单位： r/min 每分钟的转数 转速传感器 — 传动机构 —— 测量机构 转速传感器 — 传动机构 —— 测量机构 分类： 分类： 1 使用方式：固定式、便携式 1 使用方式：固定式、便携式 2 传感器的原理：离心式、定时式、振动式、 频闪式、光电式、磁电式及激光式 2 传感器的原理：离心式、定时式、振动式、 频闪式、光电式、磁电式及激光式

离心式转速表 接触式仪表 接触式仪表 H 弹簧压缩长度， Z 重锤数目， m 重锤质量， r 重锤质心到 离心器轴的距离。

光电计数式转速仪 原理：利用光电元件对光的敏感性来测定 转速。 原理：利用光电元件对光的敏感性来测定 转速。 结构：光电测速部分和脉冲变换电路 结构：光电测速部分和脉冲变换电路 测速光路：投射式和反射式 测速光路：投射式和反射式

反射式原理：转轴 5 涂有相间的反光条与非反光条（要求被测轴的直径不能太小），光 源 8 发出的光线经半透膜 6 反射到轴，再由轴反射回来经半透膜照射到光敏三极管 7 上。 由于轴的反光条和非反光条反射的光强差异较大，三极管上产生明电流和暗电流，在 脉冲变换电路中产生脉冲信号。

f 脉冲频率,n 转速， Z 圆盘开孔数

磁电式测速仪 原理：当轴旋 转时，转子与 永磁铁的气隙 磁阻做周期性 变化，引起磁 路中磁通交变， 从而在线圈中 产生脉冲变化 的电动势。 原理：当轴旋 转时，转子与 永磁铁的气隙 磁阻做周期性 变化，引起磁 路中磁通交变， 从而在线圈中 产生脉冲变化 的电动势。

特殊场合的转速测量 转动轴没有外露部分－感应线圈法 转动轴没有外露部分－感应线圈法 原理：在电动机转轴附近设置一个带铁芯的线圈 1 ， 线圈与灵敏的磁电式检流计 2 连接。电动机旋转时 在该线圈中存在一定的漏磁通，而该磁通的变化 在线圈中产生感应电势，这一微电量使得检流计 的指针发生偏转。同时由计时器测取检流计指针 偏转若干次的时间，就可以得到每分钟检流计指 针偏转的次数 N 。假设电动机的磁极对数为 P ， 则转差 Δn=2N/P, 电动机的实际转速 n 为： 原理：在电动机转轴附近设置一个带铁芯的线圈 1 ， 线圈与灵敏的磁电式检流计 2 连接。电动机旋转时 在该线圈中存在一定的漏磁通，而该磁通的变化 在线圈中产生感应电势，这一微电量使得检流计 的指针发生偏转。同时由计时器测取检流计指针 偏转若干次的时间，就可以得到每分钟检流计指 针偏转的次数 N 。假设电动机的磁极对数为 P ， 则转差 Δn=2N/P, 电动机的实际转速 n 为：

Δn=n0-2N/P n=n 0 - Δn=n0-2N/P n 0 为电动机的同步转速，由频率计 3 测出。 提高精度：提高检流计对电动机转子 漏磁通的灵敏性，尽量加大检流计的 偏转幅度 —— 使用灵敏度较高的检流 计，选用匝数较多的感应线圈。 感应线圈法测量转速的精度可达 0.5 ％。

9.2 转矩测量 转矩：作用在机器上，使其部分元件产生旋转运 动的力矩或力偶 转矩：作用在机器上，使其部分元件产生旋转运 动的力矩或力偶 单位：牛 · 米（ N · m ） 单位：牛 · 米（ N · m ） 意义：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 机械的一般性能试验中需测量的最重要参数之一。 意义：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 机械的一般性能试验中需测量的最重要参数之一。 测量方法分类：传递法（扭轴法）、平衡力法 （支反力法）和能量转化法 测量方法分类：传递法（扭轴法）、平衡力法 （支反力法）和能量转化法 传递类转矩测量仪应用面广，测量结果准确，在 3 大类转矩测量仪中约占 80% 。 传递类转矩测量仪应用面广，测量结果准确，在 3 大类转矩测量仪中约占 80% 。

三种方式的比较 传递类转矩测量仪小巧轻便，既可以串接到被测 设备的传动系统中去测量转矩，也可以附加在被 测设备传动系统的传动轴上来测量转矩，测试时 不需要改变被测设备传动系统的结构，也不需要 移动被测设备，便于进行现场测试，测量准确度 高，能够真实有效的反映机械的实际情况。 传递类转矩测量仪小巧轻便，既可以串接到被测 设备的传动系统中去测量转矩，也可以附加在被 测设备传动系统的传动轴上来测量转矩，测试时 不需要改变被测设备传动系统的结构，也不需要 移动被测设备，便于进行现场测试，测量准确度 高，能够真实有效的反映机械的实际情况。 平衡类转矩测量仪仅能够测量静态或匀速工作情 况下的转矩，不能测量动态转矩。 平衡类转矩测量仪仅能够测量静态或匀速工作情 况下的转矩，不能测量动态转矩。 能量转换类转矩测量仪的测量为间接测量方式， 测量误差比较大，常达 ± （ 10 ～ 15 ） % ，所以只有 在无法进行直接测量的场合下，才采用这种方法。 能量转换类转矩测量仪的测量为间接测量方式， 测量误差比较大，常达 ± （ 10 ～ 15 ） % ，所以只有 在无法进行直接测量的场合下，才采用这种方法。

传递法及传递类转矩传感器 传递法：在传递转矩时，根据弹性元件如 扭轴所产生的变形、应力或应变与转矩之 间的对应关系来测量转矩的方法。 传递法：在传递转矩时，根据弹性元件如 扭轴所产生的变形、应力或应变与转矩之 间的对应关系来测量转矩的方法。 原理：当标准弹性扭轴受到转矩作用时产 生变形、应力或应变，这些物理参数的变 化传递到传感器后被转变为电信号，二次 仪表将该信号转换为转矩值输出。 原理：当标准弹性扭轴受到转矩作用时产 生变形、应力或应变，这些物理参数的变 化传递到传感器后被转变为电信号，二次 仪表将该信号转换为转矩值输出。

传递类传感器分类 1 传感器敏感的弹性参数：变形型、应力型、 应变型 1 传感器敏感的弹性参数：变形型、应力型、 应变型 2 传感器转矩信号的产生方式：电阻式、光 学式、光电式、感应式、电容式、钢弦式、 机械式 2 传感器转矩信号的产生方式：电阻式、光 学式、光电式、感应式、电容式、钢弦式、 机械式 3 转矩信号的传输方式：接触型、非接触型 3 转矩信号的传输方式：接触型、非接触型 4 转矩传感器的安装方式：串装式、附装式 4 转矩传感器的安装方式：串装式、附装式

平衡力法及平衡力类转矩测量装置 匀速运转的动力机械或制动机械，在其机 体上必然同时作用着与转矩大小相等，方 向相反的平衡力矩。通过测量机体上的平 衡力矩 ( 实际上是测量力和力臂 ) 来确定动力 机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。 匀速运转的动力机械或制动机械，在其机 体上必然同时作用着与转矩大小相等，方 向相反的平衡力矩。通过测量机体上的平 衡力矩 ( 实际上是测量力和力臂 ) 来确定动力 机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。

原理：在平衡力法转矩 测量装置中，动力机械 的机壳 1 被安装在摩擦力 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。这时动力机 械整体只有机壳和主轴 与外界发生力和力矩作 用。假设机械处于匀速 运转状态，则通过机壳 测得的平衡力矩必定与 作用在主轴上的转矩 T 大小相等。

能量转换法及能量转换型测量装置 依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量 如电能、热能参数来测量旋转机械的机械 能，进而求得转矩的方法即能量转换法。 从方法上讲，能量转换法实际上就是对功率 和转速进行测量的方法。能量转换法测转 矩一般只在电机和液机方面有较多的应用。

常用的转矩测量仪器 1 钢弦转矩测量仪 1 钢弦转矩测量仪 原理：根据弹性扭轴的变形引起钢弦的伸缩，从而使得钢 弦的固有频率变化来测量轴上转矩的。

感应式转矩测量仪 实验室常用的扭矩测量仪器，也称为扭力仪。 实验室常用的扭矩测量仪器，也称为扭力仪。 原理：利用旋转的齿轮与磁极之间的气隙磁阻变化引起磁 通的变化，从而在线圈中感应出脉冲电势。 原理：利用旋转的齿轮与磁极之间的气隙磁阻变化引起磁 通的变化，从而在线圈中感应出脉冲电势。 重复性好，测 量精度达 1 ～ 0.2 级，适合在各 种水泵和离心 式风机等动力 机械的性能实 验中使用。

光电式转矩传感器 原理：利用 扭轴两端的 光学元件所 反射的两组 光信号的相 位差经光电 元件转换为 电信号，再 根据电信号 确定主轴上 的转矩。 原理：利用 扭轴两端的 光学元件所 反射的两组 光信号的相 位差经光电 元件转换为 电信号，再 根据电信号 确定主轴上 的转矩。

标定及测量中要注意的问题 1 在规定条件下，将该仪表的指示值与标准 转矩进行比较。 1 在规定条件下，将该仪表的指示值与标准 转矩进行比较。 2 注意事项： 2 注意事项： A 转矩的差异：微、小、中、大转矩 A 转矩的差异：微、小、中、大转矩 B 工作的转速：最高工作、最低和零转速 B 工作的转速：最高工作、最低和零转速 C 安装的方式：不同的传感器有不同的要求 C 安装的方式：不同的传感器有不同的要求

9.3 功率测量（自学） 测量方法： 测量方法： 根据动力机械及配套动力机的种类和结构型式的 不同，轴功率可按以下两种方法进行测量： 根据动力机械及配套动力机的种类和结构型式的 不同，轴功率可按以下两种方法进行测量： A 先测出电动机的输入功率，再利用损耗分析法计 算出电动机的输出功率，即动力机械的轴功率 — — 电测法或损耗分析法 A 先测出电动机的输入功率，再利用损耗分析法计 算出电动机的输出功率，即动力机械的轴功率 — — 电测法或损耗分析法 B 用扭力仪、测功器等扭矩测量仪器测量动力机 械轴上传递的转矩和转速，通过计算求得动力机 械的轴功率。 —— 间接测功法，测功器法 B 用扭力仪、测功器等扭矩测量仪器测量动力机 械轴上传递的转矩和转速，通过计算求得动力机 械的轴功率。 —— 间接测功法，测功器法

电测法 1 两瓦特表法 1 两瓦特表法 2 损耗分析法 2 损耗分析法

电力测功器 原理：将动力机械的机械能转化微电机的电能或将电动机的电 能转化微动力机械的机械能。

水力测功器 原理：利用水对旋转的转子形成的摩擦力矩来吸 收并传递水轮机或气轮机主轴上的输出功率的。 原理：利用水对旋转的转子形成的摩擦力矩来吸 收并传递水轮机或气轮机主轴上的输出功率的。

作业 1 离心式转速测量仪表的原理？ 1 离心式转速测量仪表的原理？ 2 光电计数式转速仪的工作原理？ 2 光电计数式转速仪的工作原理？ 3 转矩测量的几种方法及比较？ 3 转矩测量的几种方法及比较？ 4 钢弦式转矩测量仪的工作原理？ 4 钢弦式转矩测量仪的工作原理？ 5 转矩测量仪表选择和使用的注意事项？ 5 转矩测量仪表选择和使用的注意事项？