5第五章 动力机械测试技术转速测量

动力机械测试技术B

第五章转速测量本章学习要求：

1.掌握转速测量原理

22.理解转速传感器的工作原理

3.了解传感器的应用

1.概述

转速是能源设备与动力机械性能测试中一个重要的特性参量。

的特性参量

动力机械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的。动力机械的许多特性参数是根据它们与转速的函数关系来确定的（如压缩机的排气量、内燃机的输出功率等等）

动力机械的振动、管道气流脉动、各种工作零件的摩损状态等都与转速密切相关。

2.转速测量的分类

按转速测量的工作方式可分

»接触式转速测量仪表

使用时必须与被测转轴直接接触，如离心式转速表、磁性转速表及测速发电机等；

性转速表及测速发电机等

»非接触式转速测量仪表

使用时不必与被测转轴接触，如光电式转速表、电子数字式转速仪、闪光测速仪等。

按依照显示方式分»模拟方式

»数字方式

3.1 接触式转速测量仪表

1）机械离心式转速表

利用旋转质量m所产生的离心力F

与旋转角速度的平方成比例这原理

而制成

测速范围：30～20000r／min以上。

测量误差：±1％。

圆锥形离心转速表使用中，只要将转速表旋转轴顶在被测轴旋

面靠摩擦力的带动便可作直接读出轴

面上靠摩擦力的带动便可工作，直接读出轴

转速。

2）测速发电机

原理是当线圈在磁场中旋转并切削磁力线时其测速发电机分为直流和交流两种

：是当线圈在磁场中旋转并切削磁力线时，其感生电势正比于它的转速。

测量时使发电机与被测轴同步旋转，对转速的测量就转化为对电压信号的测量，其转速显示部分采用电压表。

电枢上装有每极下有6个线圈

两极直流电机3个串联线圈时的

电刷上的电动势波形

测速发电机在使用时易受环境温度、湿度及电方面的干扰影响，其精度约为1％～2％，测速范围在10000r/min以下，并且要吸收掉被测旋转轴的一部分功率，在一般稳定转速测量中用的不多。

但在瞬变转速的测量中却有反应快信号易于采集记录等优点

但在瞬变转速的测量中却有反应快、信号易于采集记录等优点。

直流发电机的整流子容易产生干扰信号，也较易出毛病，故测速发电机常采用微型交流机。

非接触式转速测量仪表

测速传感器首先将被测转动信号转变为某种电脉冲信号，再经信号处理电路将这些电信号放大整形为规范的脉冲信号，最后由数字频率计转速测量中所采用的测速传感器种类很多，常用的有光电式

1）光电式传感器

光电式传感器是利用某些金属或半导体物质的光电效应制成的。

光电效应：当具有一定能量的光子投射到这些物质表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光物质的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者产生电动势，从而实现了光电转换过程

换过程。

常采用的光电式变换元件有：光敏电阻，光电池，光敏三极管等。

光敏电阻：用光敏电阻制成的器件接入到电路中，当有光照射到光敏电阻上时，它的电阻值将降低，导致了电路参数的改变，因而电路对电阻上时它的导致了电路参数的改变因而电路对外有输出信号。

光电池：光电池是直接把光能转换为电能的元件。

：与普通的三极管相似，也有ebc二个极。但其基极b不接光敏三极管与普通的三极管相似也有ebc二个极但其基极b不接引线，而是封装了一个透光窗孔，当光线透过光孔照到发射极e和基极b之间的PN结上时，就能获得较大的集电极电流输出。而且输出电流的大小随光照强度的增强而增大。

大小随光照强度的增强而增大

反射式光电传感器

透射式光电传感器

θ

感动圈式传感器⎬⎫−−=θNBlv e sin ⎭

=ωkNBA e l:每匝线圈的平均长度；B:线圈所在磁场的磁感应强度；A:每匝线圈的截面积；θ:线圈运动方向与磁场方向的夹角；k:传感器的结构系数。

磁阻式传感器

磁电式传感器的特点：

※能直接测量线速度和角速度，而其它变换器则不能；

※输出功率较大，并可用于远距离测量；

※结构简单，工作可靠。

磁电式传感器的不足之处是下限频率

范围窄、且不宜在高温及强磁场的环境中

范围窄且不宜在高温及强磁场的环境中

工作。

转速测量中应该注意的一点是，测量轮

齿轮的外齿一定要导磁材料制成，对于非导

磁料轴可以在上面装贴钢片来使传感器输出

电势信号。

α

sin IB K V H H =金属或半导体薄片置于磁场中当有电流3）霍尔传感器金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势这种物理现象称为霍尔效应电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

霍尔传感器：汽车速度测量:

数字式频率计

数字式频率

数字式频率计是用于记录脉冲电信号的一种电子仪器，下图为数字式频率计的工作原理图，它主要由可对脉冲信号进行记数的计数器和计数闸门电路组成。闸门的开闭时间T由时基分频器对一石英晶体振荡器

所发生的高精度及

高稳定度频率信号

高稳定度频率信

进行分频而得到。

转速的计算

若磁电式传感器测速时，齿轮齿数任意或光电式测速传感器测速时圆盘开的孔数为任意量，频率计的测量时间也为任意量，则可以给出被测轴转速的一般式：

式中：n－－被测轴转速，r/min；

m－－旋转轴每转一圈由传感器发出的信号个数；

t－－频率计测量信号的时间间隔，s；

N－－在时间间隔t秒内频率计所显示出的信号个数。同时，对于输出的电信号，其频率f与齿数或圆盘孔数关系为：

f = (n×z) / 60 z－－齿数或孔数；

若z 为60，则电信号频率即为转速大小。

则电信号频率即为转速大小