热工测量仪表动力机械的转速、转矩和功率测量动力机械的转速、转矩和功率测量

意义意义 转速、转矩和功率——描述动力机械运转转速、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——性能参数提出更高的要求

9.1 9.1 转速的测量转速的测量 单位：单位： r/min r/min 每分钟的转数每分钟的转数 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： 11 使用方式：固定式、便携式使用方式：固定式、便携式 22 传感器的原理：离心式、定时式、振动式、传感器的原理：离心式、定时式、振动式、

频闪式、光电式、磁电式及激光式频闪式、光电式、磁电式及激光式

离心式转速表离心式转速表

接触式仪表接触式仪表

Zmr

kHn

tan230

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原理：利用光电元件对光的敏感性来测定

转速。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。

60/nZf f 脉冲频率 ,n 转速， Z 圆盘开孔数

磁电式测速仪磁电式测速仪 原理：当轴旋原理：当轴旋

转时，转子与转时，转子与永磁铁的气隙永磁铁的气隙磁阻做周期性磁阻做周期性变化，引起磁变化，引起磁路中磁通交变，路中磁通交变，从而在线圈中从而在线圈中产生脉冲变化产生脉冲变化的电动势。的电动势。

特殊场合的转速测量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原理：在电动机转轴附近设置一个带铁芯的线圈

11 ，线圈与灵敏的磁电式检流计，线圈与灵敏的磁电式检流计 22 连接。电动机连接。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 流计指针偏转的次数 NN 。假设电动机的磁极对数。假设电动机的磁极对数为为 PP ，则转差，则转差 ΔΔ n=2N/P,n=2N/P, 电动机的实际转速电动机的实际转速 nn 为：为：

n=n0- ΔΔ n=n0-2N/Pn=n0-2N/Pnn00 为电动机的同步转速，由频率计为电动机的同步转速，由频率计 33测出。测出。

提高精度：提高检流计对电动机转子提高精度：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。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感应线圈法测量转速的精度可达 0.50.5％。％。

9.2 9.2 转矩测量转矩测量 转矩转矩：作用在机器上，使其部分元件产生旋转运：作用在机器上，使其部分元件产生旋转运

动的力矩或力偶动的力矩或力偶 单位单位：牛：牛 ·· 米（米（ N · mN · m）） 意义意义：往往与动力机械的工作能力、能量消耗、：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。机械的一般性能试验中需测量的最重要参数之一。

测量方法分类测量方法分类：传递法（扭轴法）、平衡力法：传递法（扭轴法）、平衡力法（支反力法）和能量转化法（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，在传递类转矩测量仪应用面广，测量结果准确，在33 大类转矩测量仪中约占大类转矩测量仪中约占 80%80% 。。

三种方式的比较三种方式的比较 传递类转矩测量仪传递类转矩测量仪小巧轻便，既可以串接到被测小巧轻便，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。高，能够真实有效的反映机械的实际情况。

平衡类转矩测量平衡类转矩测量仪仅能够测量静态或匀速工作情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。况下的转矩，不能测量动态转矩。

能量转换类转矩测量仪能量转换类转矩测量仪的测量为间接测量方式，的测量为间接测量方式，测量误差比较大，常达测量误差比较大，常达 ±± （（ 1010～～ 1515 ）） %% ，所，所以只有在无法进行直接测量的场合下，才采用这以只有在无法进行直接测量的场合下，才采用这种方法。 种方法。

传递法及传递类转矩传感器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。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。仪表将该信号转换为转矩值输出。

传递类传感器分类传递类传感器分类 11 传感器敏感的弹性参数：变形型、应力型、传感器敏感的弹性参数：变形型、应力型、

应变型应变型 22 传感器转矩信号的产生方式：电阻式、光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、学式、光电式、感应式、电容式、钢弦式、机械式机械式

33 转矩信号的传输方式：接触型、非接触型转矩信号的传输方式：接触型、非接触型 44 转矩传感器的安装方式：串装式、附装式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。向相反的平衡力矩。通过测量机体上的平通过测量机体上的平衡力矩衡力矩 (( 实际上是测量力和力臂实际上是测量力和力臂 )) 来确定动来确定动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。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。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。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常用的转矩测量仪器 11钢弦转矩测量仪钢弦转矩测量仪

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。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。

光电式转矩传感器光电式转矩传感器 原理：利用原理：利用扭轴两端的扭轴两端的光学元件所光学元件所反射的两组反射的两组光信号的相光信号的相位差经光电位差经光电元件转换为元件转换为电信号，再电信号，再根据电信号根据电信号确定主轴上确定主轴上的转矩。的转矩。

标定及测量中要注意的问题标定及测量中要注意的问题 11 在规定条件下，将该仪表的指示值与标准在规定条件下，将该仪表的指示值与标准

转矩进行比较。转矩进行比较。 22注意事项：注意事项： AA 转矩的差异：微、小、中、大转矩转矩的差异：微、小、中、大转矩 BB 工作的转速：最高工作、最低和零转速工作的转速：最高工作、最低和零转速 CC安装的方式：不同的传感器有不同的要安装的方式：不同的传感器有不同的要

求求

9.3 9.3 功率测量（自学）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：不同，轴功率可按以下两种方法进行测量： AA先测出电动机的输入功率，再利用损耗分析法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——电测法或损耗分析法

BB 用扭力仪、测功器等扭矩测量仪器测量动力机用扭力仪、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，测功器法械的轴功率。——间接测功法，测功器法

电测法电测法 11两瓦特表法两瓦特表法 22损耗分析法损耗分析法

电力测功器电力测功器

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。收并传递水轮机或气轮机主轴上的输出功率的。

作业作业 11 离心式转速测量仪表的原理？离心式转速测量仪表的原理？ 22 光电计数式转速仪的工作原理？光电计数式转速仪的工作原理？ 33 转矩测量的几种方法及比较？转矩测量的几种方法及比较？ 44钢弦式转矩测量仪的工作原理？钢弦式转矩测量仪的工作原理？ 55 转矩测量仪表选择和使用的注意事项？转矩测量仪表选择和使用的注意事项？