先進(jìn)熱動力測試技術(shù)AdvancedThermalandPowerEngineeringMeasurementTechnology目錄PAGEDIRECTORY緒論1測量技術(shù)的基本知識2誤差分析與測量不確定度3溫度測量4壓力測量5流量測量7液位測量8氣體成分及顆粒物測量9轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測量10振動與噪聲測量11流速測量6先進(jìn)測試技術(shù)發(fā)展1210第十章轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)矩測量功率測量第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、轉(zhuǎn)速測量概述轉(zhuǎn)速是指單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)軸的平均旋轉(zhuǎn)速度，而不是瞬時旋轉(zhuǎn)速度，單位為r/min。按照測速元件與被測速轉(zhuǎn)軸是否接觸可以分為接觸式轉(zhuǎn)速測量和非接觸式轉(zhuǎn)速測量。常見的接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表有離心式轉(zhuǎn)速表、鐘表式轉(zhuǎn)速表等；非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表有頻閃式轉(zhuǎn)速儀表、光電式轉(zhuǎn)速儀表、電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速儀表以及基于激光原理的激光轉(zhuǎn)速儀表等，其特點是測量精度高、使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸和顯示。第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器1、接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表（1）離心式轉(zhuǎn)速表原理：利用離心力器件（重環(huán)或重錘）旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速的平方成正比的離心力，通過克服彈簧的反作用力推動指示機構(gòu)工作。優(yōu)點：簡單通用，且穩(wěn)定性好，應(yīng)用較廣；缺點：測量精度較低（不優(yōu)于1~2級），多用作試驗時檢查動力機械的參考讀數(shù)。離心式轉(zhuǎn)速表工作原理圖第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器1、接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表（2）磁性轉(zhuǎn)速表原理：利用回轉(zhuǎn)圓盤在旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出電渦流而產(chǎn)生扭矩變化，從而帶動指針偏轉(zhuǎn)來測速。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，對振動的敏感性小，測速范圍寬，故應(yīng)用范圍也較廣，典型應(yīng)用是汽車和船用轉(zhuǎn)速表；缺點：精度不高（1.5～2級）。磁感應(yīng)式車速里程表第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器1、接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表（3）電動轉(zhuǎn)速表原理：電動轉(zhuǎn)速表一般由發(fā)送器、指示器和連接導(dǎo)線三部分組成。發(fā)送器實際上是一個小型永磁的交流或直流發(fā)電機，由被測速軸通過聯(lián)軸節(jié)直接帶動發(fā)電，轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的電動勢越大。通過電壓表指示所測轉(zhuǎn)速。特點：電動轉(zhuǎn)速表工作時產(chǎn)生的電動勢受磁場強度、溫度等因素的影響，精度不高（1.5級）。（4）定時轉(zhuǎn)速表原理：在一定時間內(nèi)通過累計轉(zhuǎn)數(shù)來測量轉(zhuǎn)速。特點：定時轉(zhuǎn)速表使用方便，精度較高（可達(dá)0.5級），測量上限可達(dá)10000r/min，可以用于內(nèi)燃機等高速機械的轉(zhuǎn)速測量。第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器2、非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀表非接觸轉(zhuǎn)速表是當(dāng)前動力機械測量中最常用的測速儀表，它不消耗被測速轉(zhuǎn)軸的扭矩，且測量精度高，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。（1）光電式轉(zhuǎn)速傳感器原理：利用光電元件（如光電池、光電管、光敏電阻等）對光的敏感性來測量轉(zhuǎn)速。投射式反射式第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器（2）磁電式轉(zhuǎn)速傳感器觸發(fā)齒輪7由導(dǎo)磁材料制成，有z個齒，安裝在被測速轉(zhuǎn)軸上。永磁體4和感應(yīng)線圈5組成磁頭，安裝在緊靠齒輪邊緣約2

mm處。齒輪每轉(zhuǎn)過1個齒就切割1次磁力線，產(chǎn)生1個來自線圈感應(yīng)電動勢的脈沖信號。齒輪每一圈就發(fā)出z個電脈沖信號。與光電式轉(zhuǎn)速傳感器相比，磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單，無需配置專門的電源裝置，且脈沖信號不會因轉(zhuǎn)速過高而減弱，測速范圍廣，因此使用范圍非常廣泛。1-傳感器殼體；2-輸出信號線；3-保護(hù)層；4-永磁體；5-感應(yīng)線圈；6-桿銷；7-觸發(fā)齒輪；G-氣隙磁電式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器（3）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾傳感器的感應(yīng)面對準(zhǔn)永久磁鐵的磁極并固定在機架上。機軸旋轉(zhuǎn)便帶動永久磁鐵旋轉(zhuǎn)。每當(dāng)永久磁鐵經(jīng)過傳感器的位置時，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。用計數(shù)器記下脈沖數(shù)。為提高測量轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)的分辨率，可以適當(dāng)增加永久磁鐵數(shù)。在安裝磁體時要特別注意極性，即相鄰兩個永久磁鐵的極性相反。霍爾元件可用多種半導(dǎo)體材料制作，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)牢固體積小、重量輕、壽命長、功耗小、頻率高（可達(dá)1MHz），耐振動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾式測速儀原理1–霍爾元件；2–被測物體；3–永久磁鐵左：把永久磁鐵粘貼在采用非磁性材料制作的圓盤上部右：把永久磁鐵粘貼在圓盤的邊緣第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器（4）激光轉(zhuǎn)速儀氦–氖激光器1發(fā)出的激光束穿過半透鏡2后，透射的光束經(jīng)過由透鏡3組成的反射光學(xué)系統(tǒng)后，聚焦在旋轉(zhuǎn)物體5的表面。旋轉(zhuǎn)物體表面貼有一小塊定向反射材料4（簡稱反射紙）。當(dāng)激光束照射到?jīng)]有貼反射紙的表面時，大部分激光沿空間各個方向散射，能夠沿發(fā)射光軸返回的光束極其微弱，因此，光電管沒有感受到任何信息。激光轉(zhuǎn)速儀光路原理圖1–激光器；2–半透鏡；3、6–透鏡；4–反射紙；5–旋轉(zhuǎn)物體；7–光電管第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器（4）激光轉(zhuǎn)速儀一旦激光光束照射在反射紙上，由于反射紙的“定向反射”特性，有一部分激光沿發(fā)射光軸原路返回到半透鏡上，經(jīng)過反射，由透鏡6會聚在光電管7上。于是物體旋轉(zhuǎn)一周，反射紙就被激光照射一次，一個激光脈沖返回到光電管，經(jīng)轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生一個電脈沖信號，物體不停地旋轉(zhuǎn)，光電管就輸出一系列電脈沖，這就是激光傳感器所檢取的旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速信號。激光轉(zhuǎn)速儀光路原理圖1–激光器；2–半透鏡；3、6–透鏡；4–反射紙；5–旋轉(zhuǎn)物體；7–光電管第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量一、常用的轉(zhuǎn)速測量儀器（4）激光轉(zhuǎn)速儀與被測物的工作距離可達(dá)10m，而其他非接觸式轉(zhuǎn)速測量儀工作距離很近；當(dāng)被測物體除了旋轉(zhuǎn)外，還有振動和回轉(zhuǎn)運動時，激光轉(zhuǎn)速儀可以有效地測量其轉(zhuǎn)速，而且操作簡單，讀數(shù)可靠；具有較強的抗干擾能力。當(dāng)工作環(huán)境存在雜光干擾時，其他非接觸式轉(zhuǎn)速儀往往難以正常工作，而激光轉(zhuǎn)速儀則不受其影響。例如，要測量搖頭回轉(zhuǎn)的臺式風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，除了激光轉(zhuǎn)速儀以外，其他轉(zhuǎn)速儀都難以勝任。當(dāng)激光器亮度足夠時，即使在激光束的通路上設(shè)置幾塊厚玻璃板，激光轉(zhuǎn)速儀仍能正常測量。這就意味著它可以測量玻璃罩殼內(nèi)電機的轉(zhuǎn)速，各種風(fēng)洞里正在進(jìn)行吹風(fēng)試驗的模型的轉(zhuǎn)速，甚至有可能測量正在水中旋轉(zhuǎn)的螺旋槳的轉(zhuǎn)速。10第十章能源與動力學(xué)院轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)矩測量功率測量第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量一、轉(zhuǎn)矩測量方法分類轉(zhuǎn)矩又稱扭矩，它往往與動力機械的工作能力、能量消耗、效率、運轉(zhuǎn)壽命及安全等因素緊密聯(lián)系，是動力機械性能試驗中需測量的重要參數(shù)之一。（1）傳遞法傳遞法，又稱扭軸法，是根據(jù)彈性元件在傳遞轉(zhuǎn)矩時所產(chǎn)生的變形、應(yīng)力或應(yīng)變等，來測量轉(zhuǎn)矩的方法。圓柱形扭矩是最常用的測量轉(zhuǎn)矩的彈性元件。根據(jù)傳感器所感應(yīng)的參數(shù)：變形型、應(yīng)變型和應(yīng)力型轉(zhuǎn)矩傳感器，分別感受轉(zhuǎn)軸的變形、應(yīng)變和應(yīng)力根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號的產(chǎn)生方式：電阻式、光學(xué)式、光電式、感應(yīng)式、電感式、鋼鉉式、機械式轉(zhuǎn)矩傳感器等根據(jù)轉(zhuǎn)矩信號的傳輸方式：接觸式和非接觸式兩大類根據(jù)轉(zhuǎn)矩傳感器的安裝方式：串裝式和附裝式兩類第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量一、轉(zhuǎn)矩測量方法分類（2）平衡力法對任何一種勻速工作的動力機械或制動機械，當(dāng)它的主軸受轉(zhuǎn)矩M作用時，在它的機體上必定同時存在著方向相反的平衡力矩M'，且有M=M'。測量機體上的平衡力矩M'，以確定機器主軸上的作用轉(zhuǎn)矩M的大小的方法稱為平衡力法，亦稱為反力法。該方法不能測量動態(tài)轉(zhuǎn)矩。（3）能量轉(zhuǎn)換法能量轉(zhuǎn)換法是根據(jù)能量守恒定律，用其他量參數(shù)（如電能參數(shù)）來測量機械能參數(shù)及轉(zhuǎn)矩的一種間接測量方法。一般來說誤差較大，約±（10～15）％，故也很少采用，只有在直接測量無法進(jìn)行的時候才考慮此法。平衡力法轉(zhuǎn)矩測量的原理1-機殼；2-平衡支承；3-力臂桿；4-測力機構(gòu)第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（1）鋼鉉式轉(zhuǎn)矩測量儀原理：彈性扭軸的變形引起鋼鉉伸縮，從而使鋼鉉振動的固有頻率發(fā)生變化。鋼鉉的固有振動頻率為兩只卡盤2固定在彈性扭軸1上，每只卡盤上有一凸臂3，鋼鉉4的兩端分別安裝在兩個凸臂上，鋼鉉與扭軸相對固定。彈性扭軸在轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生彈性變形時，兩只卡盤之間產(chǎn)生相對角位移，固定在卡盤凸臂上的鋼鉉長度發(fā)生變化，改變了鋼鉉的固有頻率。1-彈性扭軸；2-卡盤；3-凸臂；4-鋼鉉鋼鉉式轉(zhuǎn)矩測量儀f為鋼弦的固有振動頻率；L0為鋼鉉的自由長度；σ為鋼鉉繃緊時的拉應(yīng)力；ρ為鋼鉉的密度。第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（1）鋼鉉式轉(zhuǎn)矩測量儀假設(shè)彈性扭軸處于自由狀態(tài)時，鋼鉉的固有頻率為f0，受轉(zhuǎn)矩T作用時頻率為f，則測得頻率f則可測量出轉(zhuǎn)矩T。1-彈性扭軸；2-卡盤；3-凸臂；4-鋼鉉兩只卡盤2固定在彈性扭軸1上，每只卡盤上有一凸臂3，鋼鉉4的兩端分別安裝在兩個凸臂上，鋼鉉與扭軸相對固定。彈性扭軸在轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生彈性變形時，兩只卡盤之間產(chǎn)生相對角位移，固定在卡盤凸臂上的鋼鉉長度發(fā)生變化，改變了鋼鉉的固有頻率。鋼鉉式轉(zhuǎn)矩測量儀K'是常數(shù)，由彈性扭軸的剛度、鋼鉉的尺寸及測量儀的特性等決定。第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（2）光電式轉(zhuǎn)矩測量儀利用扭軸兩端的光學(xué)元件將轉(zhuǎn)矩引起的扭軸變形產(chǎn)生的相位差轉(zhuǎn)換為電信號，再根據(jù)檢測到的電信號確定作用于軸上的扭矩。1、5－套筒；2－光源；3、3'－光柵盤；4－光電管；6－彈性扭軸光電式轉(zhuǎn)矩測量儀第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（2）光電式轉(zhuǎn)矩測量儀光柵盤3和3'通過套筒1、5分別固定在扭軸6的A、B兩端，由兩片直徑相同的圓盤制成，沿徑向做成放射狀透光和不透光部分相間的圖形。當(dāng)彈性轉(zhuǎn)軸6沒有受到轉(zhuǎn)矩的作用時，光柵3上的透光部分正好與光柵3'上的不透光部分重疊，光源2發(fā)出的光照射不到光電管4上，光電管輸出電流為零；當(dāng)彈性扭轉(zhuǎn)軸6受到轉(zhuǎn)矩的作用時發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，光柵盤3與3'相對錯開一定位置，形成一個透光口，此時光源發(fā)出的光能穿過兩光柵盤，轉(zhuǎn)矩越大，透光口的開度就越大，光通量就越大。

a）兩光柵盤正視圖b）兩光柵盤側(cè)視圖光柵盤示意圖第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量

第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（3）光學(xué)式轉(zhuǎn)矩測量儀軸扭轉(zhuǎn)后，軸的兩端產(chǎn)生相對位移，這種位移通過彈性傳遞軸使兩面鏡子也產(chǎn)生了相對位移，因而使光路發(fā)生變化，根據(jù)這個變化量即可測得轉(zhuǎn)矩的大小。通過平行光線投射器和望遠(yuǎn)鏡可實現(xiàn)讀數(shù)。光學(xué)式轉(zhuǎn)矩測量儀1－望遠(yuǎn)鏡；2－反射光線；3－扭轉(zhuǎn)應(yīng)變軸；4－彈性傳遞軸；5－鏡子；6－平行光線投射器；7－光線入射孔；8－直射光線第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（4）磁電式轉(zhuǎn)矩測量儀在相距L的兩截面上裝有兩個齒輪以及兩個相同的磁電式傳感器，軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器產(chǎn)生一列脈沖信號，在軸傳遞轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形時，從兩個磁電傳感器上所得的兩列脈沖波形間將產(chǎn)生一個與扭轉(zhuǎn)角成正比的相位差。測量此相位差信號并經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，即可求出所測量轉(zhuǎn)矩。當(dāng)彈性軸上無負(fù)載時，相對旋轉(zhuǎn)的齒輪對使磁路中氣隙不斷變化，在線圈8中感應(yīng)出交變的電勢；當(dāng)承受轉(zhuǎn)矩時，彈性軸兩端產(chǎn)生一轉(zhuǎn)角，使線圈8中的感應(yīng)電勢相位發(fā)生變化，變化的程度反映了待測轉(zhuǎn)矩的大小。磁電式轉(zhuǎn)矩儀工作原理圖磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1－彈性軸；2－齒輪；3－校準(zhǔn)筒；4－永磁體；5－滾動軸承；6－殼體；7－電動機第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（5）應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩測量儀應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀是利用應(yīng)變原理來測量轉(zhuǎn)矩的，它安裝在動力機械和負(fù)荷之間。當(dāng)處于動力機械和負(fù)荷之間的被測軸(應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀軸)承受轉(zhuǎn)矩時，最大應(yīng)力發(fā)生在軸的外圓周面上，兩個主應(yīng)力軸線成45°和135°夾角。因此，把應(yīng)變片粘貼在測點的主應(yīng)力方向上測出應(yīng)變值，從而測得轉(zhuǎn)矩。第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量二、常用的轉(zhuǎn)矩測量儀器（6）磁致伸縮式轉(zhuǎn)矩測量儀原理：磁致伸縮效應(yīng)①鐵磁物體的磁化特性在機械力作用下會發(fā)生顯著變化；②鐵磁物體在外界磁場作用下會發(fā)生機械變形“磁橋”：A與B為繞在鐵心上的交流勵磁線圈；C與D為繞在鐵心上的感應(yīng)線圈；兩鐵心成直角，測量頭接近用鐵磁材料制成的測量軸，鐵心與測量軸表面約有1~2mm的間隙。優(yōu)點：無觸點、堅固耐用、輸出電壓高（可達(dá)10V）、對儀器材料無特殊要求（一般采用低、中碳鋼即可）、對溫度和干擾不敏感磁致伸縮式轉(zhuǎn)矩儀工作原理圖10第十章能源與動力學(xué)院轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測量轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)矩測量功率測量第三節(jié)功率測量一、功率測量的基本方法主要測量方法：（1）通過電功率測量。又稱損耗分析法，動力機械由電動機直接驅(qū)動，先測出電動機的輸入功率，再利用損耗分析計算電動機的輸出功率，即為動力機械的軸功率。（2）通過轉(zhuǎn)矩間接測量。由于動力機械的軸功率正比于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積，故常采用間接測量方法。分別測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，再按下式求得功率。1、用測功器作為負(fù)載進(jìn)行功率測量2、采用轉(zhuǎn)矩儀測量轉(zhuǎn)矩電力測功器、水力測功器和磁粉測功器第三節(jié)功率測量二、水力測功器水力測功器的主體為水力制動器，它由轉(zhuǎn)子和外殼組成，外殼由滾動軸承支承，因而可以自由擺動。（1）圓盤式水力測功器圓盤式水力測功器是通過改變水層厚度調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的。圓盤式水力測功器1-轉(zhuǎn)軸；2-轉(zhuǎn)盤；3-進(jìn)水口；4-進(jìn)水閥

5-外殼；6-出水管；7-渦輪；8-引水管第三節(jié)功率測量二、水力測功器（2）渦流室式水力測功器渦流式水力測功器通過改變水壓或改變作用面積調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩，前者通過控制排水閥的開度改變內(nèi)腔水壓及水量來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的大小；后者靠閘套的位置移動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，而內(nèi)腔始終充滿著水。渦流室式水力測功器1-轉(zhuǎn)子小室；2-閘套；3-外殼小室第三節(jié)功率測量三、電力測功器電力測功器的轉(zhuǎn)子和定子都是以磁通作為傳遞媒介進(jìn)行工作的。轉(zhuǎn)子和定子之間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以只要將定子做成能繞其軸線自由擺動的結(jié)構(gòu)，便可測定轉(zhuǎn)子的制動轉(zhuǎn)矩，即定子的反力矩。電力測功器分為直流電力測功器、交流電力測功器和電渦流測功器三種型式。（1）直流電力測功器直流電力測功器結(jié)構(gòu)簡圖1-防護(hù)罩；2-軸承座；3-連軸器；4-轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器；5-連軸器；6-直流電機；7-底座第三節(jié)功率測量三、電力測功器（1）直流電力測功器直流電機的感應(yīng)電動勢E為式中，K1為電機的電動勢系數(shù)，Φ為定子勵磁繞組的磁通，n為轉(zhuǎn)速。若在電樞回路中串聯(lián)負(fù)載電阻R，并忽略電樞內(nèi)阻，則電樞回路中流過的電流I為當(dāng)作為發(fā)電機運行（測功）時，由電磁力產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩（即被測動力機械的輸出轉(zhuǎn)矩）Tt與定子磁通ф及電樞電流I成正比，即于是有式中，K2、K3為比例系數(shù)。第三節(jié)功率測量三、電力測功器（1）直流電力測功器直流電力測功器的控制方式有負(fù)荷電阻控制方式和自動饋網(wǎng)控制方式兩類，直流電力測功器的特性與控制方式有關(guān)，要根據(jù)動力機械的試驗?zāi)康暮驮囼灧椒ㄒ约半娫春徒?jīng)濟(jì)方面的多種因素綜合考慮選定測功器的控制方式。負(fù)荷電阻控制方式右圖為以電阻作為負(fù)荷的控制方式的直流電力測功器電路簡圖。DC－直流電源；S1、S2-開關(guān)；V-細(xì)調(diào)節(jié)變阻器；W-粗調(diào)節(jié)變阻器；P-主調(diào)節(jié)變阻器；C-C-串勵繞組；H-H-電樞；F-F-勵磁繞組；RL-負(fù)荷第三節(jié)功率測量三、電力測功器自動饋網(wǎng)控制方式圖中同時給出轉(zhuǎn)矩Tt、測量功率PT、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Tm、驅(qū)動功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系。在測功狀態(tài)下，A為最大電流線，此時對應(yīng)于最大勵磁電流和最小負(fù)荷電阻，即為負(fù)荷調(diào)節(jié)處于最大位置時的固有特性；A1、A2分別為負(fù)荷調(diào)節(jié)處于中間位置時的固有特性；B為最大轉(zhuǎn)矩線，受電樞的機械強度限制；C為最大功率線，受電機散熱條件限制；D為最高轉(zhuǎn)速線，受旋轉(zhuǎn)部分所能承受的最大離心力限制；E為最小吸收轉(zhuǎn)矩或功率線，此時雖無勵磁電流通過，但仍存在軸承及空氣阻力，因而在E線之下存在不能測定區(qū)（圖上剖面線范圍）。負(fù)荷電阻控制方式直流電力測功器的基本特性第三節(jié)功率測量三、電力測功器負(fù)荷電阻控制方式這種控制方式可將所產(chǎn)生的電能自動反饋給電網(wǎng)，也采用他勵式直流電機，以擴(kuò)大轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍和增大低速時的轉(zhuǎn)矩。1-被測動力機械；2-電力測功器；3-主變流機組4-勵磁變流機組；5-勵磁調(diào)整電阻；6-勵磁繞組饋網(wǎng)式直流電力測功器控制線路簡圖第三節(jié)功率測量三、電力測功器（2）交流電力測功器直流電力測功器由于結(jié)構(gòu)方面的限制，其功率容量均較小，一般用于測量中小功率動力機械。對于大功率動力機械的功率測量，多采用交流電力測功器。交流電力測功器結(jié)構(gòu)簡圖第三節(jié)功率測量三、電力測功器交流電力測功器包括三相同步電機測功器、繞線式異步電機測功器和無換向器電機測功器三種。三相同步電機測功器由同步電機的運行原理可知，同步電機的轉(zhuǎn)速等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速式中，z為極對數(shù)；f為定子供電頻率（Hz）；n為同步電機的轉(zhuǎn)速（r/s）。在極對數(shù)不變時，改變定子供電頻率成為同步電機調(diào)速唯一可行的方法。第三節(jié)功率測量三、電力測功器交流電力測功器包括三相同步電機測功器、繞線式異步電機測功器和無換向器電機測功器三種。繞線式異步電機測功器繞線式異步電機常用改變轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻的方法實現(xiàn)調(diào)速。當(dāng)測功器作電動機運行時，改變轉(zhuǎn)子電路的電阻即可改變臨界轉(zhuǎn)差率S而保持最大轉(zhuǎn)矩不變。與轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)的附加電阻可以通過接觸器切換，其阻值越大，機械特性越軟，電機的轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)速n越小。顯然，這是依靠增加轉(zhuǎn)差功率損耗的辦法來降低轉(zhuǎn)速的。由于損耗主要在電機的外部，因此低速時電機不會過熱，但效率很低，經(jīng)濟(jì)性差。第三節(jié)功率測量三、電力測功器交流電力測功器包括三相同步電機測功器、繞線式異步電機測功器和無換向器電機測功器三種。繞線式異步電機測功器當(dāng)測功器作發(fā)電機運行時，被測動力機械的轉(zhuǎn)速必須高于電機的同步轉(zhuǎn)速，這樣才能發(fā)電和向電網(wǎng)反饋能量。測功器在低于同步轉(zhuǎn)速下測功，也可采用整流設(shè)備向測功器定子供給勵磁電流，電流的大小可以調(diào)節(jié)。繞線式異步電機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性第三節(jié)功率測量三、電力測功器三相同步電機測功器無換向器電機又稱晶閘管電機，是一種用可控硅控制的變頻調(diào)速電機，其構(gòu)造與同步電機基本相同，但沒有換向器，其工作原理、特性及調(diào)整方式與直流電機相似。優(yōu)點：具有與直流電機一樣的調(diào)速特性；結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，容易制成大容量（可達(dá)數(shù)千kW）、高轉(zhuǎn)速（可達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)/分鐘）的測功器；能簡便地實現(xiàn)四象限運行（正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，驅(qū)動和制動），在作為發(fā)電機工作時能將大部分能量回饋倒電網(wǎng)中去，其輸入端功率因數(shù)及效率也較高；由于沒有換向器，所以使用時不會產(chǎn)生火花。第三節(jié)功率測量三、電力測功器（3）電渦流力測功器電渦流測功器具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍寬等特點，因此能滿足各種動力機械功率測量的要求。由于電渦流測功器所吸收的功全部轉(zhuǎn)為熱能，所以必須對渦流環(huán)和勵磁繞組的周圍進(jìn)行冷卻，可以根據(jù)發(fā)熱量大小和測功器結(jié)構(gòu)等因素選擇空氣冷卻或水冷卻。電渦流測功器結(jié)構(gòu)簡圖1-定子；2-勵磁線圈；3-感應(yīng)子；4-轉(zhuǎn)軸；5-渦流環(huán)；6-轉(zhuǎn)子軸承；7-定子擺動軸承第三節(jié)功率測量三、電力測功器（3）電渦流力測功器電渦流測功器在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運行時，制動轉(zhuǎn)矩隨勵磁電流和轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大。但當(dāng)勵磁電流一定時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)矩在某一轉(zhuǎn)速附近達(dá)到飽和，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過此轉(zhuǎn)速而進(jìn)一步增加時，轉(zhuǎn)矩幾乎不再增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，轉(zhuǎn)矩也隨勵磁電流的增加而增大，但當(dāng)勵磁電流增加到使磁路的磁通達(dá)到飽和時，繼續(xù)增加勵磁電流轉(zhuǎn)矩也不再增大。電渦流測功器的基本組成與磁路1-磁軛定子；2-磁力線；3-勵磁繞組；4-渦流環(huán)；5-空氣隙；6-感應(yīng)子第三節(jié)功率測量三、電力測功器（3）電渦流力測功器在這種接近等轉(zhuǎn)矩特性的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，單純靠增減勵磁電流來保持轉(zhuǎn)速恒定是很困難的。因此，電渦流測功器除了用手動調(diào)整勵磁電流的控制方式外，還應(yīng)有自動控制裝置，使勵磁電流隨轉(zhuǎn)速自動變化。右圖為電渦流測功器的控制方式及其特性。E-被測動力機械；EDy-電渦流測功器；RE-勵磁調(diào)節(jié)電阻；TD-轉(zhuǎn)速傳感器；AD-電流傳感器手動控制

自動控制恒勵磁電流特性恒轉(zhuǎn)速特性比例控制特性第三節(jié)功率測量三、電力測功器（3）電渦流力測功器電渦流測功器一般有三種控制模式：恒電流自動控制，使勵磁電流保持一定，與轉(zhuǎn)速、電源電壓和勵磁繞組的電阻等變化無關(guān)；恒轉(zhuǎn)速控制，測功器工作時，實時測量出實際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的偏差，再反饋到勵磁回路中，控制勵磁電流增減，以保持轉(zhuǎn)速恒定在設(shè)定轉(zhuǎn)速；比例控制，使勵磁電流與轉(zhuǎn)速成比例增加，增加比例及調(diào)整范圍可以任意選擇；E-被測動力機械；EDy-電渦流測功器；RE-勵磁調(diào)節(jié)電阻；TD-轉(zhuǎn)速傳感器；AD-電流傳感器手動控制

自動控制恒勵磁電流特性恒轉(zhuǎn)速特性比例控制特性第三節(jié)功率測量四、測功器的使用方法測功器的種類較多，動力機械的試驗規(guī)范和要求也多種多樣，測功器的選型和使用對于保證試驗的順利進(jìn)行非常重要，下面介紹測功器使用時應(yīng)注意的一些問題。1、測功器的選型依據(jù)——工作范圍：各種類型的測功器都有其被允許運行的工況范圍。電渦流測功器功率特性圖在上圖所示的OABCO封閉曲線中，OA段表示勵磁電流最大時，吸收功率隨轉(zhuǎn)速上升的曲線。當(dāng)功率達(dá)到一定值時（A點），由于測功器熱負(fù)荷（最高溫度）的限制，吸收功率不能繼續(xù)增加而保持恒定，當(dāng)近乎恒定的功率保持到B點的轉(zhuǎn)速時，達(dá)到測功器允許運行的最高轉(zhuǎn)速，即BC段為測功器旋轉(zhuǎn)件受離心力負(fù)荷或軸承允許轉(zhuǎn)速所限制的最高轉(zhuǎn)速限制線，AB段則為測功器能吸收和測量的最大功率限制線。在無勵磁電流時（OC段），測功器的特性曲線相當(dāng)于不同轉(zhuǎn)速下測功器的機械損耗特性曲線，這一曲線的下方部分是不能進(jìn)行有效測試的。第三節(jié)功率測量四、測功器的使用方法——工作范圍下圖表示了某種型號的3種類型的測功器所允許的工況范圍圖。水力測功器電渦流測功器

交流電力測功器第三節(jié)功率測量四、測功器的使用方法——測量精度測功器的測量精度應(yīng)符合測量的要求，在滿足工作范圍的條件下，應(yīng)使測量盡可能接近滿量程進(jìn)行，以獲得較好的測量準(zhǔn)確度，通常被測動力機械最大功率與測功器工作范圍的最大功率之比應(yīng)不低于3:4。——響應(yīng)速度測功器的響應(yīng)速度還和其外形尺寸有關(guān)。對于同一種測功器，外形尺寸越小，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量越小，則響應(yīng)速度越快。另外，測功器的測力機構(gòu)中力傳感器的動態(tài)特性要好，這樣才能迅速、準(zhǔn)確地反映被測動力機械的性能。第三節(jié)功率測量四、測功器的使用方法——工作穩(wěn)定性當(dāng)動力機械的輸出轉(zhuǎn)矩與測功器的制動轉(zhuǎn)矩平衡時，動力機械能在該轉(zhuǎn)矩工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。從測功器