1、第七章 轉速和功率的測量2022-3-20測試技術測試技術 洪冶洪冶1物體轉動的速度稱為轉速。轉速又有角速度和線速度之分，這里重點介紹基于角速度的傳感器。轉動角速度等于t時間內轉動的角位移與轉動時間t之比 當（或t ）取得極小時，稱 為瞬時角速度，角速度的單位為弧度/秒即rad/s。轉速通常用單位時間內的轉數來表示，單位為轉/分，即 r/min。每秒鐘的轉數也稱為轉動頻率，它是轉動周期的倒數。轉速的電測法很多，按其測量原理可分為模擬式和數字式t 概述概述2022-3-20測試技術 洪冶2 轉速：單位時間內轉軸的平均旋轉次數。.記為： n ，單位： r/min ； 轉矩：作用在轉軸上的扭矩。 記

2、為：Me，單位：Nm； 功率：單位時間內轉軸對外所作的功。 記為：Pe ，單位：kW.。(kW) 9550(W) 602nMePenMeMePe轉速和功率是反映熱能動力機械的動力性能指標。轉速和功率是反映熱能動力機械的動力性能指標。2022-3-20測試技術 洪冶37.1 7.1 轉速的測定轉速的測定一、常用測速方法一、常用測速方法 1.接觸式測速儀 2.非接觸式測速儀二、測速傳感器二、測速傳感器 磁電式 光電式三、兩種基本測速方法三、兩種基本測速方法 測頻法 測周法2022-3-20測試技術 洪冶4編碼器轉速傳感器實物模型轉速傳感器實物模型2022-3-20測試技術 洪冶57.1.17.1.

3、1非接觸式測速儀非接觸式測速儀1.1.光電式轉速傳感器光電式轉速傳感器照射式照射式反射式反射式結構：光源，遮光盤（反光結構：光源，遮光盤（反光盤），光電管，測頻電路。盤），光電管，測頻電路。原理：測頻原理：測頻znf60輸出信號輸出信號光敏二極管光敏二極管發光二極管發光二極管遮光盤遮光盤2022-3-20測試技術 洪冶6 黑 發射管 接收管 12V12V 白 整形放大穩壓電源頻率表2022-3-20測試技術 洪冶7z_齒數T_沒計一次數所需時間2022-3-20測試技術 洪冶8碼盤式轉速測量原理碼盤式轉速測量原理光電編碼器實例光電編碼器實例uo/VtE0.3脈沖信號fn波形不適當整形碼盤式轉速

4、測量的原理將圓盤等分成60的整數倍份，形成黑白相間的條碼，并于旋轉機構同軸安裝，碼盤的邊緣插在光電對管的中縫處，當被測旋轉機構均勻轉動時，碼盤邊緣的條碼交替檔光、透光，光電對管就會輸出一連串脈沖信號，把這個信號進行調理與顯示，就構成轉速測量系統。2022-3-20測試技術 洪冶9信號調理電路傳感器碼盤光電對管F/V轉換電路顯示裝置轉速 n整形電路脈沖信號電壓信號 轉速測量系統框圖 信號調理 光是有直徑的，故碼盤轉動時，擋光、透光不可能在瞬間完成，光電對管的輸出波形就不可能是理想的矩形波，而是如下波形。2022-3-20測試技術 洪冶10比較器（整形電路）比較器（整形電路）maxmax0.30.

5、7irooiroouVuuEVuVuuEV(,)oAuEE ()()oiriuAVA VVA Vu過零比較器常用于做信號整形工作在飽和區及截止區與參考電壓Vr做比較，輸出為比較的結果；故稱比較器2022-3-20測試技術 洪冶111）運放工作在開環狀態 A2）u+為比較電平，用 表示3）uo的大小取決ui與uR比較的結果，故整形電路也叫比較器 ui uR ， uo極小（0或V）； ui uR ，uo極大(+V)。4）傳輸特性2022-3-20測試技術 洪冶12uoui0+uom-uom當當ui 時時 , uo = -uom ui從反相端輸入從反相端輸入ui+10VuoR1100kWR2100k

6、W-10v2022-3-20測試技術 洪冶13取平均值取平均值（濾波）（濾波）C2uotAR0uo 頻率電壓轉換器頻率電壓轉換器一、定義：將頻率信號轉化為電壓信號，而且輸出電壓與輸入信號頻率成比例的電路叫頻率/電壓變換器。二、基本原理2022-3-20測試技術 洪冶14信號調理電路碼盤光電對管F/V轉換電路顯示裝置傳感器轉速 n整形電路脈沖信號電壓信號取平均值（濾波）C2uotAR0uo2022-3-20測試技術 洪冶15 2. 閃光測轉速法閃光測轉速法 閃光測轉速法是利用人眼的視覺暫留現象來測量轉速。一個閃光目標，當閃動頻率大于10Hz時，人眼看上去就是連續發亮的。根據這一原理，用一個頻率連

7、續可調的閃光燈照射被測旋轉軸上的某一固定標記(如齒輪的齒，圓盤的輻條或在旋轉軸上涂以黑白點)，并調節閃光頻率f，直到旋轉軸上出現一個單定象為止，即達到n=f的條件，這時便可以從電子計數器或圓刻度盤上讀出被測的轉速值。 2022-3-20測試技術 洪冶16 但是若在連續兩次閃光的時間間隔內，旋轉軸轉過整數倍的因數時，即nk0f時，也會出現單定象。式中的k0為單定象停留的次數(1、2、3、)。 還可能出現另一種情況，即當閃光頻率比被測轉速高二倍、 三倍、m倍時，則會出現二重象、三重象以至于m重象。 f=mn2022-3-20測試技術 洪冶172022-3-20測試技術 洪冶182022-3-20測

8、試技術 洪冶19 1.1.磁電式轉速傳感器磁電式轉速傳感器fnzznf時6060 結構：齒輪，磁頭結構：齒輪，磁頭(磁鐵，線圈磁鐵，線圈) 原理：齒輪隨轉軸旋轉，每轉過原理：齒輪隨轉軸旋轉，每轉過一齒，就切割一次磁力線，在線一齒，就切割一次磁力線，在線圈中產生一個感應電動勢的脈沖圈中產生一個感應電動勢的脈沖信號。每轉將產生信號。每轉將產生z個電脈沖信號。個電脈沖信號。7.1.2接觸式測速儀接觸式測速儀2022-3-20測試技術 洪冶20隨著轉速下降輸出電壓幅值減小，當轉速低到一定程度時，電壓幅值將會減小到無法檢測出來的程度。故這種傳成器不適合于低速測量。2022-3-20測試技術 洪冶217.

9、2 常用轉速測量方法常用轉速測量方法7.2.1.數字式轉速表（1）測量原理： 數字式轉速測量系統由頻率式轉速傳感器、數字轉換電路和數字顯示器等部分組成。首先由傳感器把轉速轉變成頻率信號，再通過測量信號的頻率或周期來測量轉速。2022-3-20測試技術 洪冶22 1）頻率法測轉速）頻率法測轉速 在電子計數器采樣時間內對轉速傳感器輸出的電脈沖信號進行計數。利用標準時間控制計數器閘門。當計數器的顯示值為N時，被測量的轉速n為60Nnzt式中，z為旋轉體每轉一轉傳感器發出的電脈沖信號數；t為采樣時間(s)。2022-3-20測試技術 洪冶232022-3-20測試技術 洪冶242022-3-20測試技

10、術 洪冶252022-3-20測試技術 洪冶267.2.2 模擬式轉速表模擬式轉速表2022-3-20測試技術 洪冶273.測速發電機測速發電機 橫穿導體的磁通發生變化時，該導體將產生電勢。這一現象稱為電磁感應作用。這樣產生的電壓稱為感應電勢。測速發電機是利用電磁感應原理制成的一種把轉動的機械能轉換成電信號輸出的裝置，與普通發電機不同之處是它有較好的測速特性，例如輸出電壓與轉速之間有較好的線性關系，較高的靈敏度等。測速發電機也分為直流和交流兩類。2022-3-20測試技術 洪冶284.直流測速發電機直流測速發電機直流測速發電機的平均直流輸出電壓U0與轉速N大體上成正比，表達式為2022-3-2

11、0測試技術 洪冶292022-3-20測試技術 洪冶30 7.3 功率的測量功率的測量 7.3.1轉矩 功率和轉速、轉矩是表征發動機動力性能的重要指標 。 發動機通過飛輪對外輸出的功率稱為有效功率，用Pe表示，單位為kW 發動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，用Te表示，單位為Nm 2022-3-20測試技術 洪冶312022-3-20測試技術 洪冶32 內燃機飛輪端帶負載達到穩定轉速。 將飛輪受力簡化為邊緣受到負載的抵抗力F。此時轉速為n，相應的曲軸旋轉的角速度為 則輸出功率： 而： 將2帶入1，得到：eeTrFP)/(602sradn12)(602WnTePe3圖3.1 飛輪受力示意圖

12、2022-3-20測試技術 洪冶33 將3的單位化成kW則有： Pe 內燃機有效功率(kW) Te 內燃機有效轉矩(N.m) N 內燃機輸出軸轉速(r/min 簡化上式則有： 這個公式就是我們測量內燃機有效功率的根本依據。)(1000/602kWnTPee)(9550kWnTPee2022-3-20測試技術 洪冶347.3.2 功率測量常用的三種方法1. 測量轉矩和轉速的方法 2. 測量電機輸入功率和效率的方法 3. 熱平衡法 30nMMNemeeiNNmcrcgggQQhhmN)(122022-3-20測試技術 洪冶357.3.3 轉矩的測量 扭矩測量基本方法： （1）傳遞法 （2）力平衡法

13、 （3）能量轉換法2022-3-20測試技術 洪冶36q對旋轉軸測量力矩，可以確定輸出的功也可以監測剪切應力下的材料失效。q力矩（轉矩）測量常常和功率、轉速測量聯系在一起。力所作的功力在力方向上的位移 每秒所作的功=F2rn= 旋轉軸所傳遞的功率2nT=TF: 半徑 r處的切向力T: 作用在軸上使其旋轉的力矩22TrnnTr2022-3-20測試技術 洪冶37力矩測量的基本方法：（1）傳遞法（Transmission method ） （扭軸法）：轉矩使彈性軸產生扭轉變形（2）力平衡法（Force balance method ）（3）能量轉換法（Power transformation me

14、thod）: E1=E2+E，測量各種電機的轉矩 2022-3-20測試技術 洪冶382022-3-20測試技術 洪冶39扭矩測量的幾種常用傳感器 一、電力測功機一、電力測功機（一）直流電力測功機（一）直流電力測功機1 1、結構原理、結構原理：轉子轉子定子外殼定子外殼：浮動于支座：浮動于支座測力機構測力機構：拉壓力傳感器：拉壓力傳感器n測功機作發電機運行時：測功機作發電機運行時：發動機帶動轉子旋轉，電樞繞組切割定子勵磁繞組的發動機帶動轉子旋轉，電樞繞組切割定子勵磁繞組的磁場，在電樞繞組中產生感應電動勢，同時轉子受到磁場，在電樞繞組中產生感應電動勢，同時轉子受到一個與轉向相反的制動力矩，此制動力

15、矩與發動機的一個與轉向相反的制動力矩，此制動力矩與發動機的驅動力矩平衡。制動力矩的反力矩作用于定子，欲使驅動力矩平衡。制動力矩的反力矩作用于定子，欲使定子轉動，但被測力機構約束住。發動機的驅動力矩定子轉動，但被測力機構約束住。發動機的驅動力矩即可通過測力機構測出。即可通過測力機構測出。測功機測功機測功測功時，電樞繞組中的時，電樞繞組中的感應電動勢感應電動勢E為：為：nKE1式中：式中：定子勵磁繞組的磁通定子勵磁繞組的磁通 K K1 1電機電動勢系數電機電動勢系數 n n轉子轉速轉子轉速若：電樞回路內若：電樞回路內串聯負載電阻串聯負載電阻R，并忽略電樞內阻，并忽略電樞內阻，則：電樞則：電樞回路流

16、過的電流回路流過的電流為：為：RnKREI/1制動力矩制動力矩：RnKPRnKKIKTet/2232212功率功率：改變改變和和 R R，均可以調節轉矩。，均可以調節轉矩。2.2.電力測功機的控制方式和特性電力測功機的控制方式和特性(1). 負荷電阻控制方式負荷電阻控制方式中小功率測功機用，電能不回收，中小功率測功機用，電能不回收，消耗于消耗于主調節變阻器主調節變阻器P和和負荷電負荷電阻阻RL上。上。 測功時測功時：S2G調節：粗、細調節電阻調節：粗、細調節電阻W，V-改改變變； 主調節變阻器主調節變阻器PP改變改變R R。 倒拖時倒拖時：S2-S2-M M 調節：粗、細調節電阻調節：粗、細調

17、節電阻W，V-改改變變；主調節變阻器主調節變阻器P 改變電樞電流。改變電樞電流。n 測功機工作特性測功機工作特性A最大電流線，最大電流線，maxmax，RminRminA1,A2A1,A2中間負荷線中間負荷線B最大轉矩線，機械最大轉矩線，機械強度限強度限C最大功率線，散熱最大功率線，散熱條件限條件限D最高轉速線，最大最高轉速線，最大離心力限離心力限E空載線，軸承、空空載線，軸承、空氣阻力限氣阻力限F 倒拖工作特性。倒拖工作特性。n測功時測功機工作范圍：測功時測功機工作范圍：A、B、C、D、E線所線所圍范圍圍范圍（2）自動饋網控制方式）自動饋網控制方式 對于大型測功機，需將發動機發出對于大型測功

18、機，需將發動機發出的能量回收，故采用自動饋網控制方的能量回收，故采用自動饋網控制方法。法。 組成：組成：電力測功機電力測功機2主變流機組主變流機組3：交、直流電機串聯：交、直流電機串聯 勵磁變流機組勵磁變流機組4勵磁調整電阻勵磁調整電阻工作原理：工作原理：n 測功時測功時，勵磁變流機組，勵磁變流機組4的交流電動機驅動直流發電機，產生勵磁電流供給測功機的交流電動機驅動直流發電機，產生勵磁電流供給測功機定子中的勵磁繞組。發動機定子中的勵磁繞組。發動機1帶動測功機帶動測功機2的轉子旋轉，測功機即為一臺直流發電機的轉子旋轉，測功機即為一臺直流發電機向主變流機組向主變流機組3的直流電機供電，直流電機作為

19、電動機旋轉，帶動交流電機向電網發的直流電機供電，直流電機作為電動機旋轉，帶動交流電機向電網發出交流電。出交流電。n 倒拖時倒拖時，勵磁變流機組，勵磁變流機組4依然向勵磁繞組供電，同時主變流機組依然向勵磁繞組供電，同時主變流機組3的交流電機帶動的交流電機帶動直流電機旋轉，向測功機轉子電樞供給直流電，這時測功機作為直流電動機工作。直流電機旋轉，向測功機轉子電樞供給直流電，這時測功機作為直流電動機工作。n 改變改變勵磁調整電阻勵磁調整電阻的大小，調節的大小，調節勵磁電流勵磁電流，可以調節，可以調節測功機的負荷測功機的負荷。（二）、交流電力測功機（二）、交流電力測功機 常用的三相交流發電機組可以看作最

20、簡單的交常用的三相交流發電機組可以看作最簡單的交流電力測功機。由發電機的電壓流電力測功機。由發電機的電壓u、電流、電流I、功率因、功率因數數cos和效率和效率可知發動機的有效功率為：可知發動機的有效功率為：(kW) cos10003iuPe 如果將電機的定子外殼用軸承浮動起來，使如果將電機的定子外殼用軸承浮動起來，使之可以繞軸擺動，并在外殼與底座之間安裝測力之可以繞軸擺動，并在外殼與底座之間安裝測力機構，則可直接測量發動機轉矩。機構，則可直接測量發動機轉矩。根據電機的不同，交流電力測功機有以下三種形式：根據電機的不同，交流電力測功機有以下三種形式：1. 三相同步電機測功機三相同步電機測功機 同

21、步電機轉速等于旋轉磁場轉速。即：同步電機轉速等于旋轉磁場轉速。即：zfn/60式中：式中：n同步電機轉速同步電機轉速 f定子供電頻率定子供電頻率 z極對數極對數 當極對數當極對數z確定后，要改變轉速確定后，要改變轉速n，必須改變定子供電頻率，必須改變定子供電頻率f。然而，現在采用的變頻方式多為他制式，其輸出轉速由系統外部然而，現在采用的變頻方式多為他制式，其輸出轉速由系統外部的基準頻率振蕩器給定。當頻率突變或者測功機過載時，電機容的基準頻率振蕩器給定。當頻率突變或者測功機過載時，電機容易失步。因此必須精確控制供電頻率，避免過載，以防失步。易失步。因此必須精確控制供電頻率，避免過載，以防失步。

22、三相同步電機作發電機運行時，只有在定子供電頻率三相同步電機作發電機運行時，只有在定子供電頻率f等于等于電網頻率時，才能將電能饋入電網。這就限制了測功機不能再對電網頻率時，才能將電能饋入電網。這就限制了測功機不能再對轉速進行調節。在其他轉速下，測功機發出的電能必須用負荷電轉速進行調節。在其他轉速下，測功機發出的電能必須用負荷電阻來消耗掉。阻來消耗掉。2. 繞線式異步電機測功機繞線式異步電機測功機n 結構：結構： 采用繞線式異步電機作為測功機。采用繞線式異步電機作為測功機。n 調速方法：調速方法： 在轉子電樞電路中串聯可調電阻。在轉子電樞電路中串聯可調電阻。n 作電動機運行時的情況作電動機運行時的

23、情況 轉速轉速轉矩曲線轉矩曲線轉差率定義：轉差率定義：00nnns式中式中: n: n0 0旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速 nn轉子轉速轉子轉速S=1，n=n0，無轉差（滑差），無轉差（滑差）S=0，n=0，由轉速由轉速轉矩曲線可見轉矩曲線可見： 電阻電阻R越大，曲線越軟；越大，曲線越軟； R改變，轉矩最大值不變，但位置改變。改變，轉矩最大值不變，但位置改變。 繞線式異步電機測功機通過增加電樞電路中的電阻來增加轉差功率繞線式異步電機測功機通過增加電樞電路中的電阻來增加轉差功率損耗，使轉速降低。由于損耗主要發生在電機外部，低速時電機不會損耗，使轉速降低。由于損耗主要發生在電機外部，低速時電機不會過熱的

24、，但效率很低。過熱的，但效率很低。n 作發電機運行時的情況作發電機運行時的情況 發動機的轉速高于電機同步轉速時，才能發電并向電網反饋能量。發動機的轉速高于電機同步轉速時，才能發電并向電網反饋能量。如果配置了變頻機組，也可在低于電機同步轉速時，向電網反饋如果配置了變頻機組，也可在低于電機同步轉速時，向電網反饋能量。能量。 測功機在低于同步轉速下測功，可采用整流設備向定子勵磁繞組測功機在低于同步轉速下測功，可采用整流設備向定子勵磁繞組供電，用變阻器調節勵磁電流的大小來改變負荷與轉速，此時發供電，用變阻器調節勵磁電流的大小來改變負荷與轉速，此時發出的電能將全部消耗在轉子電路的負荷電阻上。出的電能將全

25、部消耗在轉子電路的負荷電阻上。 測功機在高于同步轉速下測功，可用轉子電路中串連的調速變阻測功機在高于同步轉速下測功，可用轉子電路中串連的調速變阻器調節負荷與轉速。阻值越大，以熱能形式消耗于變阻器上的能器調節負荷與轉速。阻值越大，以熱能形式消耗于變阻器上的能量越多，輸給電網的能量越少，測功機的轉速可越高。阻值減少量越多，輸給電網的能量越少，測功機的轉速可越高。阻值減少時，轉速降低并趨近于同步轉速，測功機發出的電能大部分饋入時，轉速降低并趨近于同步轉速，測功機發出的電能大部分饋入電網，少部分消耗于變阻器。電網，少部分消耗于變阻器。n 變頻技術的發展將使交流電力測功機克服工作轉速范圍不寬的弊端。變頻

26、技術的發展將使交流電力測功機克服工作轉速范圍不寬的弊端。3. 無換向器電機測功機無換向器電機測功機 無換向器電機無換向器電機是是變頻調速同步電機變頻調速同步電機，其，其變頻方式變頻方式為為自制式自制式，即，即基準頻率振蕩器基準頻率振蕩器置于置于系統內部系統內部，由電機的，由電機的轉速轉速和和頻率頻率控制，不存在他制式變頻方式的失步問題。控制，不存在他制式變頻方式的失步問題。特點：特點： 調速特性與直流電力測功機一樣，可以四象限運行（正、反轉，測功、倒調速特性與直流電力測功機一樣，可以四象限運行（正、反轉，測功、倒拖），可用于瞬態工況測量；拖），可用于瞬態工況測量； 結構簡單，便于維護；結構簡單

27、，便于維護； 容易制成大容量（數千容易制成大容量（數千Kw）、）、 高轉速（數萬高轉速（數萬r/min)的測功機；的測功機； 電能可以饋入電網；電能可以饋入電網； 效率高效率高測功機測功機AVL AFA335AVL AFA335 交流變頻測功機交流變頻測功機 測量精度高測量精度高 、響應速度快、響應速度快 ， 可模擬正負力矩可模擬正負力矩 可在發動機臺架上模擬汽車道路行駛可在發動機臺架上模擬汽車道路行駛 用于發動機的研究和開發用于發動機的研究和開發（三）電渦流測功機（三）電渦流測功機1. 結構原理結構原理n 結構：結構：定子定子：勵磁線圈：勵磁線圈 渦流環渦流環 冷卻系統冷卻系統轉軸轉軸：感應

28、子（齒形）：感應子（齒形）支座與測力機構支座與測力機構n原理原理：勵磁線圈通入直流電后，勵磁線圈通入直流電后，產生磁場，磁力線通過產生磁場，磁力線通過感感應子、應子、氣隙氣隙、渦流環和、渦流環和磁磁軛定子軛定子閉合閉合。感應子為。感應子為齒齒型型，齒頂處，齒頂處磁阻小磁阻小，磁通磁通密度高密度高；齒根處齒根處磁阻大磁阻大，磁通磁通密度低，密度低，感應子感應子旋轉旋轉時，時，渦流環渦流環各處的各處的磁通磁通密密度不斷變化，產生度不斷變化，產生感應電感應電動勢動勢形成形成渦電流渦電流，力圖，力圖阻阻止磁通止磁通的變化，從而對的變化，從而對感感應子應子產生產生制動力矩制動力矩。渦電流產生大量的渦電流

29、產生大量的熱量熱量，通通水或空氣水或空氣冷卻。冷卻。2. 電渦流測功機的特性與控制方式電渦流測功機的特性與控制方式（1）等勵磁電流特性）等勵磁電流特性固有特性固有特性 （2）等轉速特性等轉速特性反饋控制反饋控制3）增壓控制特性增壓控制特性反饋控制反饋控制 （4）等電流自動控制）等電流自動控制3.電渦流測功機的特點電渦流測功機的特點 測量范圍寬，低速性能好；測量范圍寬，低速性能好； 結構簡單，價格低廉；結構簡單，價格低廉； 控制方便；控制方便； 只能測功，不能反拖；只能測功，不能反拖； 能量不能回收。能量不能回收。1.圓盤式水力測功機圓盤式水力測功機水經進水調解閥進入外殼水經進水調解閥進入外殼內

30、腔。從出水管排出。內腔。從出水管排出。轉盤旋轉，將水甩向外殼轉盤旋轉，將水甩向外殼內腔的外壁形成旋轉的內腔的外壁形成旋轉的水環，水環對外殼壁面水環，水環對外殼壁面的摩擦將發動機的轉矩的摩擦將發動機的轉矩由轉子傳給外殼，測力由轉子傳給外殼，測力機構可以指示該轉矩的機構可以指示該轉矩的數值。數值。通過進出水閥門調節水環通過進出水閥門調節水環厚度。水環厚度越大，厚度。水環厚度越大，負荷越大。負荷越大。2.渦流室式水力測功機渦流室式水力測功機主要結構：主要結構：轉子和外殼上轉子和外殼上的若干半橢圓形小室。的若干半橢圓形小室。原理：原理：轉子上的小室內水轉子上的小室內水壓因旋轉離心力的作用壓因旋轉離心力

31、的作用而內低外高。與外殼上而內低外高。與外殼上的小室相對后將形成環的小室相對后將形成環流，產生強烈擾動，傳流，產生強烈擾動，傳遞轉矩。遞轉矩。負荷調節：負荷調節：變壓式（排水變壓式（排水閥開度），變面積式閥開度），變面積式（2個半圓形閘套，可個半圓形閘套，可徑向移動）徑向移動）（二）水力測功機地固有特性和工作范圍（二）水力測功機地固有特性和工作范圍n圓盤式水力測功機轉子受力分析圓盤式水力測功機轉子受力分析 dR 圓環微元受水的制動力矩為：圓環微元受水的制動力矩為：dRRndRRnKRKnRdRRRKvdFdTt42422322360016 )602(22)(2上式對浸在水環里的部分圓盤面積積分

32、得：上式對浸在水環里的部分圓盤面積積分得：)( )()(5 55355255242ioTiotioRRtRRnPRRnTRRndRRnToin 水力測功機工作特性水力測功機工作特性A最大負荷調節位置（如水環厚度最大）時的固最大負荷調節位置（如水環厚度最大）時的固有特性有特性B最大轉矩線，機械強度限最大轉矩線，機械強度限C最大功率線，散熱條件限最大功率線，散熱條件限D最高轉速線，最大離心力限最高轉速線，最大離心力限E空載線，軸承、空氣阻力限空載線，軸承、空氣阻力限n測功時測功機工作范圍：測功時測功機工作范圍：A、B、C、D、E線所圍范圍線所圍范圍n 水力測功機與內燃機的匹配水力測功機與內燃機的匹

33、配內燃機特性曲線內燃機特性曲線外特性外特性負荷特性負荷特性螺旋槳特性螺旋槳特性道路行駛特性道路行駛特性三、測功機使用技術三、測功機使用技術（一）測功機選型（一）測功機選型1.工作范圍工作范圍 能夠覆蓋被測機械的工作范圍能夠覆蓋被測機械的工作范圍2.量程量程 實際測量盡可能在測功機量程的實際測量盡可能在測功機量程的 20%80%內進行內進行3.準確度準確度 符合標準和使用要求符合標準和使用要求4.響應速度響應速度 快，轉子的轉動慣量盡可能小快，轉子的轉動慣量盡可能小5.控制方式控制方式 向自動化發展，隔室操作向自動化發展，隔室操作6. 工作穩定性工作穩定性n 測功機的工作穩定性測功機的工作穩定性

34、測功機和工作機械的調節機構保測功機和工作機械的調節機構保持不變，輸出轉矩與制動轉矩之間的平衡被破壞時，測持不變，輸出轉矩與制動轉矩之間的平衡被破壞時，測功機恢復原平衡狀態的能力。功機恢復原平衡狀態的能力。Te發動機速度特性發動機速度特性 T-測功機固有特性測功機固有特性Th水力測功機固有特性水力測功機固有特性 Td支流電力測功機固有特性支流電力測功機固有特性 設在原平衡點設在原平衡點O：轉速為：轉速為 n，轉矩，轉矩 Te=Th=Td 平衡破壞后，轉速升為平衡破壞后，轉速升為n+n， TeTeT,T,使使 n n下降下降 恢復轉矩恢復轉矩 = T - Te= T - Te 可見可見水力測功機比

35、直流電力測功機的恢復轉矩大。水力測功機比直流電力測功機的恢復轉矩大。n 測功機固有特性越陡，工作穩定性越好測功機固有特性越陡，工作穩定性越好n 負荷調節方式對負荷調節方式對測功機工作穩定性的影響測功機工作穩定性的影響 電壓穩定容易，水壓穩定較難電壓穩定容易，水壓穩定較難7.7.低速制動性能低速制動性能 低速制動性能排位：低速制動性能排位：3 3電渦流測功機最好電渦流測功機最好2 2直流電力測功機一般直流電力測功機一般1 1水力測功機較差水力測功機較差（二）擴大測功機量程的方法（二）擴大測功機量程的方法1.1.采用組合式測功機采用組合式測功機 將水力測功機和電力測功機相連，以前者為主要測功機，將

36、水力測功機和電力測功機相連，以前者為主要測功機，后者為輔助測功機，這樣就克服了水力測功機不能驅動以及后者為輔助測功機，這樣就克服了水力測功機不能驅動以及低速時測量轉矩不大的缺點。低速時測量轉矩不大的缺點。 被組合的兩臺測功機可用爪式聯軸器連接，這樣，當輔助被組合的兩臺測功機可用爪式聯軸器連接，這樣，當輔助測功機無需投入運行時，可方便地待它與主測功機脫開。測功機無需投入運行時，可方便地待它與主測功機脫開。2.2.采用變速器采用變速器 在被測動力機械和測功機之間安裝變速器，可以改變在被測動力機械和測功機之間安裝變速器，可以改變測功機的轉速。對測功機進行減速時，可使測功機固有測功機的轉速。對測功機進

37、行減速時，可使測功機固有特性曲線左移，以滿足低速大轉矩測功的需要；對測功特性曲線左移，以滿足低速大轉矩測功的需要；對測功機進行增速，可使測功機固有特性曲線右移，以滿足高機進行增速，可使測功機固有特性曲線右移，以滿足高速測功的需要。不過，采用變速器來改變測功機的轉速速測功的需要。不過，采用變速器來改變測功機的轉速時，必須測出其機械效率，以便對測功讀數進行修正。時，必須測出其機械效率，以便對測功讀數進行修正。（三）測量誤差的產生與消除（三）測量誤差的產生與消除1.風阻風阻減小轉動件的風阻，外部冷卻，冷卻風不對轉子減小轉動件的風阻，外部冷卻，冷卻風不對轉子產生附加力矩，計算機補償。產生附加力矩，計算機補償。2.外殼擺動軸承摩擦阻力外殼擺動軸承摩擦阻力 定期保養定期保養 3.水管、導線引起的誤差水管、導線引起的誤差 采用柔性管，進出水盡量指向軸心。采用柔性管，進出水盡量指向軸心。4.發動機安裝發動機安裝 采用彈性聯軸節采用彈性聯軸節對中精度：軸線傾斜度小于對中精度：軸線傾斜度小于0.1%，跳動小于，跳動小于0.1mm（四）測功機的校正（扭矩標定）