有效功率和转速、转距的测量
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• 而通常情况下，测功器的负载量是可以调节的， 这样就可实现内燃机在不同工况下有效功率的测 量。
• 基本原理：根据测功器作用力矩与测功器反作用 力大小相等、方向相反的原理来测量转矩的
2.结构组成
• 测功器一般由制动器、测力机构和测速装 置等几部分组成。通常测速装置也可以独 立出去，而称测速装置以外的部分为测功 器。
9.2 测功器的工作原理和类型
一、测功器的目的
• 根据有效功率的公式：
Pe
Te n(kW) 9550
• 测功器的目的就是要准确测量到Te和n的值。
有效功率和转速、转距的测量
二、测功器的基本工作原理和类型
1.基本工作原理
• 内燃机不带负载情况下是没有功率而言的（飞轮 其实是内燃机自身带的负载）。对外做功输出转 矩必须要带载。因此测量转矩Te就要人为的给内 燃机加上一个负载，而测功器就起到这个负载的 作用。
的重要指标 。 • 发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效
功率，用Pe表示，单位为kW • 发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效
转矩，用Te表示，单位为N·m
有效功率和转速、转距的测量
• 内燃机飞轮端带负载达到稳定转速。
• 将飞轮受力简化为边缘受到负载的抵抗力F。 此时转速为n，相应的曲轴旋转的角速度为ω。
力装置 2.固有特性和工作范围 固有特性：测功器在某一调节位置下，测功器转
速与其吸收转矩或吸收功率之间的关系。 Temax、Pemax、nmax
• 由于工作范围小，测量精度低，摩擦系数不能 保持恒定，工作不稳定。—— 很少使用
有效功率和转速、转距的测量
四、水力测功器（应该掌握） 1.工作原理和结构 • 利用水为工作介质 • 水力测功器由主机部分、测力机构、测速机构、
和架于主轴上的转子组成。（动力机械的输出 功率转变成热量消耗掉 ）
1.底座 2.左右轴承座 3.主轴部件 4.联轴节 5.轴承压板 6.骨架油封 7.轴套 8、9.双金 属轴套 10.左右轴承外壳 11.左右侧壳 12.螺塞 13.转子 14.外壳 15.封水圈 16.测速齿 轮 17.转速传感器 18.溢水管 19.旋塞
进水管件、水门执行机构、校正装置等部件组 成 • 曲轴 – 转子 – 水 – 外壳 – 旋臂 – 测力装置 • 根据转子 – 水 – 外壳的作用方式可分为：圆盘 式、叶轮式、涡流式和销钉式结构（结构区别）
i. 涡流式/凹坑式 （例如启动测功器厂YP系列水力测功器） • 其主结构是由一架于滚动轴承上可摆动的外壳
涡流式水力测功器
有效功率和转速、转距的测量
• 水力测功器工作时，水箱里的水进入左右环形腔，流入涡 流室，发动机带动测功器主轴旋转，水在涡流室内作强烈 的涡流运动，产生很大的动能，作用于定子，而左右两定 子与外壳相联。因此发动机输出的扭矩通过水的作用，从 转子传递到摆动的壳体上，在由力臂将力作用与拉压力传 感器。
• 水门执行机构由出水管组件、蝶形排水阀、电控执行器及 同步步形带等见组成，可以由控制系统通过执行器对蝶形 阀开度大小进行自动调节以改变排水量
• 测力机构采用拉压力传感器，转速测量采用非接触型转速 传感器，传感器将受力和转速转换成电压信号，输入发动 机控制系统，即可显示出转速、扭矩、功率等测定值。
有效功率和转速、转距的测量
• 制动器——调节内燃机的负载，并把从内 燃机输出轴输出的功率转化为其他形式的 能量，如热能或电能。
• 测力机构——用来测量Te • 测速机构——用来测量n
• 为了适应测力机构的读数方便，公式
Pe
Te n(kW) 9550
• 通常被写成：
Fra Baidu bibliotek
P e9 T en 59 5 F5 0 L 9 5 n F 5 0 /L n 5 F K 0(k n) W
主要特点：
• 转子、定子均采用不锈钢材料，凹坑式结构。 • 采用无接触密封技术。 • 通过控制排水蝶阀来改变内腔工作压力，从而改
变吸收负载。 • 快速响应。因为通过改变排水阀的开度，内腔工作压力
瞬间变化，通过电子控制仪器的自动闭环控制，可方便、 迅速地稳定到所需要的负荷值。从一个工况到另一个工况 的过渡时间为4秒。
第九章 有效功率和转速、转矩的测量
有效功率和转速、转距的测量
主要内容
• 有效功率的计算 • 测功器的原理与类型 • 测功器的选用原则及测量误差 • 转矩的测量（转矩仪） • 转速的测量
有效功率和转速、转距的测量
9.1 内燃机的有效功率
一、功率和转矩、转速的关系 • 功率和转速、转矩是表征发动机动力性能
• 这个公式就是我们测量内燃机有效功率的根 本依据。
• 有效功率的测量是间接测量，得到有效功 率的前提是测量到转矩Te和转速n。
• 转速的测量常见的测量方法是使用各种转 速传感器，如：磁电转速传感器、光电转 速传感器和霍尔转速传感器等等。
• Te的测量是如何实现的呢？在实验室内燃 机台架试验中，通常是使用测功器来测量 Te。
F – 测力机构的读数 N
L – 测力机构的臂长 m
K – 测功器常数
• 如果把L设计成为L=0.9550m，则K=10000， 上式大大简化。
3.测功器的分类
• 测功器是按照制动器的工作原理进行分类 的。
机械测功器 - 输出转矩转化为机械摩擦产生的
制动力矩
不常用或淘汰
气力测功器 - 输出转矩转化为螺旋桨或叶片旋 转产生的制动力矩
水力测功器 - 输出转矩转化为以水为工作介质的
制动力矩
常用
电力测功器 – 输出功转化为电磁力制动力矩
4.测功器应满足的要求 • (1)在内燃机全部转速和负荷范围内能正常
运转 • (2)能平顺而又精细的调节负载 • (3)能足够准确的测量负载 • (4)操作简单，安全可靠
三、机械测功器（了解） 1.工作原理 • 利用机械摩擦 • 曲轴 – 制动鼓/轮 – 闸片或皮带 – 旋臂装置 – 测
• 则输出功率：
P eFrTe 1
• 而：
2n(rad/s) 2
60
• 将2带入1，得到：
Pe2Ten(W) 3
60
图3.1 飞轮受力示意图
• 将3的单位化成kW则有：
Pe26Te0n/100(k0W )
• 简化上式则有：
T n e P 955(0kW) e
Pe —— 内燃机有效功率(kW) Te —— 内燃机有效转矩(N.m) N —— 内燃机输出轴转速(r/min)
• 基本原理：根据测功器作用力矩与测功器反作用 力大小相等、方向相反的原理来测量转矩的
2.结构组成
• 测功器一般由制动器、测力机构和测速装 置等几部分组成。通常测速装置也可以独 立出去，而称测速装置以外的部分为测功 器。
9.2 测功器的工作原理和类型
一、测功器的目的
• 根据有效功率的公式：
Pe
Te n(kW) 9550
• 测功器的目的就是要准确测量到Te和n的值。
有效功率和转速、转距的测量
二、测功器的基本工作原理和类型
1.基本工作原理
• 内燃机不带负载情况下是没有功率而言的（飞轮 其实是内燃机自身带的负载）。对外做功输出转 矩必须要带载。因此测量转矩Te就要人为的给内 燃机加上一个负载，而测功器就起到这个负载的 作用。
的重要指标 。 • 发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效
功率，用Pe表示，单位为kW • 发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效
转矩，用Te表示，单位为N·m
有效功率和转速、转距的测量
• 内燃机飞轮端带负载达到稳定转速。
• 将飞轮受力简化为边缘受到负载的抵抗力F。 此时转速为n，相应的曲轴旋转的角速度为ω。
力装置 2.固有特性和工作范围 固有特性：测功器在某一调节位置下，测功器转
速与其吸收转矩或吸收功率之间的关系。 Temax、Pemax、nmax
• 由于工作范围小，测量精度低，摩擦系数不能 保持恒定，工作不稳定。—— 很少使用
有效功率和转速、转距的测量
四、水力测功器（应该掌握） 1.工作原理和结构 • 利用水为工作介质 • 水力测功器由主机部分、测力机构、测速机构、
和架于主轴上的转子组成。（动力机械的输出 功率转变成热量消耗掉 ）
1.底座 2.左右轴承座 3.主轴部件 4.联轴节 5.轴承压板 6.骨架油封 7.轴套 8、9.双金 属轴套 10.左右轴承外壳 11.左右侧壳 12.螺塞 13.转子 14.外壳 15.封水圈 16.测速齿 轮 17.转速传感器 18.溢水管 19.旋塞
进水管件、水门执行机构、校正装置等部件组 成 • 曲轴 – 转子 – 水 – 外壳 – 旋臂 – 测力装置 • 根据转子 – 水 – 外壳的作用方式可分为：圆盘 式、叶轮式、涡流式和销钉式结构（结构区别）
i. 涡流式/凹坑式 （例如启动测功器厂YP系列水力测功器） • 其主结构是由一架于滚动轴承上可摆动的外壳
涡流式水力测功器
有效功率和转速、转距的测量
• 水力测功器工作时，水箱里的水进入左右环形腔，流入涡 流室，发动机带动测功器主轴旋转，水在涡流室内作强烈 的涡流运动，产生很大的动能，作用于定子，而左右两定 子与外壳相联。因此发动机输出的扭矩通过水的作用，从 转子传递到摆动的壳体上，在由力臂将力作用与拉压力传 感器。
• 水门执行机构由出水管组件、蝶形排水阀、电控执行器及 同步步形带等见组成，可以由控制系统通过执行器对蝶形 阀开度大小进行自动调节以改变排水量
• 测力机构采用拉压力传感器，转速测量采用非接触型转速 传感器，传感器将受力和转速转换成电压信号，输入发动 机控制系统，即可显示出转速、扭矩、功率等测定值。
有效功率和转速、转距的测量
• 制动器——调节内燃机的负载，并把从内 燃机输出轴输出的功率转化为其他形式的 能量，如热能或电能。
• 测力机构——用来测量Te • 测速机构——用来测量n
• 为了适应测力机构的读数方便，公式
Pe
Te n(kW) 9550
• 通常被写成：
Fra Baidu bibliotek
P e9 T en 59 5 F5 0 L 9 5 n F 5 0 /L n 5 F K 0(k n) W
主要特点：
• 转子、定子均采用不锈钢材料，凹坑式结构。 • 采用无接触密封技术。 • 通过控制排水蝶阀来改变内腔工作压力，从而改
变吸收负载。 • 快速响应。因为通过改变排水阀的开度，内腔工作压力
瞬间变化，通过电子控制仪器的自动闭环控制，可方便、 迅速地稳定到所需要的负荷值。从一个工况到另一个工况 的过渡时间为4秒。
第九章 有效功率和转速、转矩的测量
有效功率和转速、转距的测量
主要内容
• 有效功率的计算 • 测功器的原理与类型 • 测功器的选用原则及测量误差 • 转矩的测量（转矩仪） • 转速的测量
有效功率和转速、转距的测量
9.1 内燃机的有效功率
一、功率和转矩、转速的关系 • 功率和转速、转矩是表征发动机动力性能
• 这个公式就是我们测量内燃机有效功率的根 本依据。
• 有效功率的测量是间接测量，得到有效功 率的前提是测量到转矩Te和转速n。
• 转速的测量常见的测量方法是使用各种转 速传感器，如：磁电转速传感器、光电转 速传感器和霍尔转速传感器等等。
• Te的测量是如何实现的呢？在实验室内燃 机台架试验中，通常是使用测功器来测量 Te。
F – 测力机构的读数 N
L – 测力机构的臂长 m
K – 测功器常数
• 如果把L设计成为L=0.9550m，则K=10000， 上式大大简化。
3.测功器的分类
• 测功器是按照制动器的工作原理进行分类 的。
机械测功器 - 输出转矩转化为机械摩擦产生的
制动力矩
不常用或淘汰
气力测功器 - 输出转矩转化为螺旋桨或叶片旋 转产生的制动力矩
水力测功器 - 输出转矩转化为以水为工作介质的
制动力矩
常用
电力测功器 – 输出功转化为电磁力制动力矩
4.测功器应满足的要求 • (1)在内燃机全部转速和负荷范围内能正常
运转 • (2)能平顺而又精细的调节负载 • (3)能足够准确的测量负载 • (4)操作简单，安全可靠
三、机械测功器（了解） 1.工作原理 • 利用机械摩擦 • 曲轴 – 制动鼓/轮 – 闸片或皮带 – 旋臂装置 – 测
• 则输出功率：
P eFrTe 1
• 而：
2n(rad/s) 2
60
• 将2带入1，得到：
Pe2Ten(W) 3
60
图3.1 飞轮受力示意图
• 将3的单位化成kW则有：
Pe26Te0n/100(k0W )
• 简化上式则有：
T n e P 955(0kW) e
Pe —— 内燃机有效功率(kW) Te —— 内燃机有效转矩(N.m) N —— 内燃机输出轴转速(r/min)