介绍转速计量的基本原理

介绍转速计量的基本原理
转速, 原理, 计量
一．角速度、转速、线速度是物体作圆周运动时的运动参数,在国际单位制中,角速度的单位是弧度每秒,符号是rad/s,弧度的定义是1弧度角所对应的弧长等于半径,园周长=2rπ,所以,一个园是2π弧度。

转速的单位是转每分符号为
r/min,是国家的法定计量单位。

线速度也属于转速测量，园周长×转速即可，如车速，传送带，电梯限速器等质点作园周运动时,角速度是角度/时间,转速是转数/时间,线速度是某点运动的弧长/时间.
10rad/s=(10×60/2π)r/min
1km/h=(1000/60)m/min=(1000/60/60)m/s
L=10cm 园盘
三．转速和频率: 转速和频率的定义相同,都是单位时间内电脉冲出现的次数，转速为每分钟,
频率为每秒钟,所以,两者的关系式为 n=60f，因此可以用标准频率来复现和校准转速。

四．转速计量分转速源和转速表两部分,标准转速装置,是用频率来产生转速的,用以检转速表。

而标准转速装置的精度用频率计来评定。

所以，转速计量溯源到时间频率。

五．检定规程—对计量器具检定的项目、条件、方法、数据处理作了详细规定的技术性文件。

以保障全国量值的统一和准确。

量传图-国家频率基准-频率计-标准转速装置-转速表
检定转速表，要求温度为20±5℃，检定周期为 1年。

刚体绕某轴转动时，各点的转速相等。

6.1绝对误差=测量值-真值
△N=N-No
(汽轮发动机转速表的报警灯设置在3330r/min,…转速表测电动机,转速表的测量值是真值.)
6.2相对误差=绝对误差/检测点
d=△N/No ×100%
环境、设备、人员、方法
相对误差是绝对误差与
测量点之比值，以百分数表示。

6.3引用误差=绝对误差/满度值
dn=△N/Nmax ×100%
引用误差是绝对误差与测量范围上限值之比值，以百分数表示。

七．测量各种旋转物体转速的仪器称为转速表, 转速表由转换器、传动机构和测量机构组成。

离心式转速表和定时式转速表称为机械式转速表。

从显示方式上分为数字式转速表和指针式转速表。

指针式表精度差,测速弹簧滯后性(不完全符合虎克定律)、温度影响(金属热胀冷缩)、安装（磨擦力，元件加工精度）人员（操作，估读）但应用广泛,汽车、轮船、飞机都用指针式，…………
(一)离心式转速表：
0.5级，1级，2级
1．工作原理：当转速表的轴转动时，离心器上的重物在离心力的作用下离开轴心，并通过传动系统使指针转动，当测速弹簧的弹性力和离心力平衡时，指针指示出相应的转速值。

2．仪器上应有仪器名称、型号、编号、制造厂、范围、转速比、精度、计量单位。

3.转速比 = 轴的转速/表的刻度值
转速比为1：1，可不标注.
如某航空转速表的转速比为1：4，检10000r/min，标准转速=刻度值×转速比=2500r/min
4. 表盘方向，固定式为垂直，手持式为水平。

5．手持式检定前，应在常用量限的中间值处试运转3次，固定式表应在接近上限处试转1分钟。

这是因为测速弹簧有滯后性，试运转再测量，数据比较一致，否则变动性较大。

6.离心力F=m×r×ω2 (重物质量,旋转半径,角速度)
角速度与惯性离心力的非线性造成表盘刻度不均匀。

刻度用点画法。

估读，判分度值，分度值是指相邻两刻线的量值之差。

7.测量:
7.1位置: 橡皮测头与转轴中点为同一轴线.
7.2测量点,在常用量程选 5 个检定点，包括上限值和下限值，(其它各档选 1 个测点)。

:手持式测3次进程，取平均值 , 固定式,3次进程,3次回程.
8.数据处理:
8.1.基本误差：用引用误差评定。

dn=N测-N标/N满×100%
（ 0.5级,1级,2级）
基本误差是转速表在标准条件下所具有的误差。

被检表示值是指针摆动幅度的中间值。

8.2.示值变动性：b=(Nmax-Nmin)/N满
×100%
示值变动性是对同一量多次测量时，其示值变化的最大差值。

8.3.指针摆幅率：指针摆幅/ N满
×100%
摆幅率反应了转速表内元器件的工作状况及检测时和标准器的接触情况。

摆幅合格说明转速表工作正常，才能进行正常检定。

指针摆幅率应和示值误差同时进行LZ-30型离心式转速表，在（300-1200）r/min档，检测数据如下，请进行精度评定。

基本误差：W= N测-N标/N满×100% =(996-1000)/1200 ×100%=-0.3%
示值变动性b=(Nmax-Nmin)/N满
×100%=(998-995)/1200 ×100%=0.2%
指针摆幅率：β=指针摆幅/ N满×100%=4/1200 ×100%=0.3%
(设摆动4转,1/5格)
回程误差：h=(N进-N回)/N满×100%
固定式表,3次进程,3次回程中,误差最大的一组.
检定固定式转速表时，测量值不变而转速表的行程方向不同造成的误差称为回程误差。

9.检定不合格的转速表可降级使用，但必需更改等级标志 .
多量程是为减小非线性。

LZ（离心式转速表），CZ（磁转）,LZ-30为
30-120
100-400
300-1200
1000-4000
3000-12000 ,用齿轮变速,使轴传到离心环的转速不变.
合理使用应在满度值的80%，如，测1100r/min，用300-1200档，最大差12r，而用1000-4000档，可能差40r。

调试.系统误差可调指针,针是退跋式…….画刻度…….
（二）、磁电式转速表（磁感应式）转轴上装有磁钢,转动时形成旋转磁场，敏感元件切割磁力线产生感生电流，此电流与磁钢相互作用产生涡流电磁力矩，当游丝的弹性力与此力矩平衡时，指针指示出相应的转速。

0.5级,1级,1.5级,2级,2.5级
(车速里程表)
（三）、磁电式转速表（电脉冲式）传感器中装有永久磁铁，外部绕有线圈，当铁齿轮转动时,磁通量发生变化，在线圈中感应出脉冲电势，经放大，整形后，由电子计数器计数并显示。

用60齿铁轮，每转产生60个脉冲信号，从而可以用1秒的采样时间直接测量每分钟的转速。

由磁电传感器、连接电缆、计数显示器组成，为方便读数，选用了60个齿的信号盘，从而用
1秒钟的采样时间读取每分钟转速。

（四）、磁电式转速表（电动式），用测速发电机将机械转动转换为电压、电流，用电测仪表测试。

（五）、定时式转速表：由杭州手表厂生产，利用定时机构控制计数器，用齿轮测量固定时间内的转数，由指针指示相应转速。

1100,2200,3300,5500,7700,9900
转速在40%以内,用引用误差计算,40%以上,用相对误差计算.长针外圈,短针内圈.
（六）、电子计数式转速表，由发光管、光敏管、计数器、显示器组成。

在旋转体上贴反光纸，表头装有透镜，光线聚焦后射在旋转体上，遇反光纸将光线返回，光敏管的电阻随光变化，产生与转速对应的电脉冲，由计数器计数并显示。

有手持式和传感器加二次仪表组成的分体式两种。

(楼梯声光控制灯,路灯自控,都用了光敏器件.)
（0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1）级
一．测量范围：(100～20000) r/min，产品说明书可能为（5～100000) r/min。

检定规程中规定，
1级表的有效数字应≥3位，故100 r/min以下不检，20000 r/min以上是用不着。

二．测量点：按1、2、5 的规律选择8点,各点检测 10 次,取平均值作为测量结果,
三．数据处理：基本误差
△N=N-No (r/min) （d=±Af×n0±1个字）
用绝对误差记录
示值变动性
△Nb=Nmax-Nmin （Af×n0+2个字）
精度用相对误差评定
四．记录技巧：（100.0×10；200.0,(199.9
3,6,7)；
100.0和99.9各5个
反光纸—微珠玻璃纸
转速计量器具原始记录
QRD FI14-2005
委托方
联系人
电话
唯一性号
地址
器具名称
检/校日期
制造厂
出厂编号
型号规格
地点：□本所实验室□现场实验室
室温
℃
湿度
%RH
依据：
结论：
有效期
年
检/校人员核验人员
备注： JJG 105—2000转速表检定规程中规定，0.5级数字式转速表
有效数字应≥4位,故转速在1000r/min以下时，准确度判为1级。

（七）、频闪式：当人眼看见物体,物体消失后,大脑仍保持1/20秒的物体影像。

在旋转物体上贴一记号，用可调频率的闪光照射旋转体，当闪光频率与旋转频率一致时，每次记号转到同一位置时被照亮，而人的视觉印象不能立即消失，影像迭加，就产生物体静止不动的定象，此时可从闪光测速仪上读取旋转体的实际转速。

转速高于闪光K倍时，物体转K圈被照亮一次，仍为单定象。

闪光高于转速K倍，出现K重象。

（已60分频，闪光频率是显示转速的1/60）
每一量程测点不少于3个,包括起点和终点,各点测5次。

测量范围（200—20000）r/min
频闪盘上为一个记号，闪光频率50Hz,转速为1500 r/min，显示2重象，6000 r/min 出现单定象
当闪光测速仪的闪光频率大于旋转速度时，频闪象与转动方向
反向
飘移。

（JJG105-2000转速表检定规程,JJG326-2006 转速标准装置检定规程）
检定规程要求数字式闪光测速仪，0.05级以上的电子计数式转速表,标准转速装置,要测频率准确度和四小时频率稳定度。

预热半小时后，连续测10个值,计算频率准确度。

每半小时采样一次，测9个值
可以从外部输入标准频率，由被检表显示，也可用频率计,测被检表的晶振频率。

（标准频率可用标准转速装置的时标输出,晶振频率看是否有频标输出端,4小
时频率稳定度。

）
机械式转速表只能用接触式方法测量，频闪式转速表只能用非接触方式测量。

测频法称为定时测角，闸门时间是测速仪提供的标准秒信号，在1秒钟内对信号进行计数，因存在±1个字的误差，低转速时误差较大，但电路简单，故应用广泛。

转速表都采用测频法,适用于高转速测量。

无小数为1级表，有小数0.1级,减小量化误差可增加每转信号数或增长采样时间）
量化误差的产生……，分辨率=量化误差, 采样时间1秒,读每分钟转速，60倍频（电路或60齿）
有效位数多精度就高吗?出厂指标0.01级的表，示值变动性只能0.1级. 100.02,99.960……
测周法称为定角测时，是用计数脉冲的周期做闸门时间，对频率计的时标(1MHz)进行计数，±1个字的影响为1×10-6,适合低转速测量，但高速时，信号周期太短，测量精度下降。

现采样多周期测量法，高速时，用分频的方法降低频率后，再用测周法测量，以保证测量精度。

频率计的标准秒信号称为时钟,晶振频率称为频标.
常用的转速表是光电式和磁电式，手持式转速表大多数是光电式，使用方便，对距离要求不高。

（手会抖，检定时应用支架）。

固定式转速表常采用电脉冲式，坚固耐用，不怕高温，油污，铁锈，
但对安装要求高，传感器与齿轮间隔要小于1mm。

测标准转速用霍尔传感器，输出波形好，在出租车计价器中广泛使用。

标准转速装置:标准装置的准确度应比被检表高 3～10倍.(测量结果与被测量
真值间的一致程度)老装置用离心式转速表作标准表精度不够。

用磨擦变速器调速稳定性无法保障.电压、负载影响。

闭环调速,调可控硅导通角.
标准转速装置由控制器、驱动器及转速源三部分组成
0.001级，0.005级，0.01级，0.1级
控制器就是频率发生器,根据使用者设置的转速值产生相应的频率送入驱动电源。

驱动器将频率进行功率放大及相位分配，产生调速脉冲送给步进电机。

转速源采用步进电机，也称为脉冲电机。

它的旋转角度与输入的频率严格成正比，从而由标准频率直接复现标准转速。

为了扩展转速范围，用齿轮变速箱进行增速、减速。

是无反馈开环控制.
如,步距角1.5度的步进电机,每转脉冲数为360°/1.5°=240个,对应频率为
4Hz.
测量不确定度评定
扩展不确定度
转速2小时稳定度：在常用转速点每10分钟测量一次，每次10个值，共11次，都取平均值。

按公式计算：(Nmax-Nmin)/N平
，应符合精度要求。

转速短时稳定度，适用60000r/min以上状态。

每隔2分钟采样一次，共11次。

用下式计算.
对于频率计来说，转速源加传感器就是信号源，所以，标准转速装置用频率计来检测，转速溯源于时间频率。

智能测速测频仪----转速属于低频测量，在1KHz以内。

采用单片机技术，可以很好解决转速高精度测量的问题。

单片机中，有2个计数器，T0和T1，用T1对转速脉冲计数,T0对单片机内的1MHz时标计数,采样时间
设为1秒。

测量时，单片机从T1检测到转速信号的上升沿时，同时打开2个计数器，然后不断读取T0中的时间，当T0等于一秒的时侯，单片机去T1检测转速信号的上升沿，上升沿到，同时关闭2个计数器，然后用公式T1×60×106/T0来计算转速。

计数器的开关是由信号控制的，所以是测周法。

采样时间是一秒加一个信号周期，所以，量化误差小于1×10-6，可以忽略。

而且，标准转速装置若要达到1×10-6的精度，应有7位有效值，用除法可以得到任意位数。

这种方法，叫多周期平均值测量法。

检定与校准：
检定是依据检定规程，对计量器具的计量性能进行评定。

实际工作中，有许多被测对象没有检定规程，例如,离心机,水泥搅拌机,电动机,匀值器等。

有的没有设置值（换档或固定值）,只有一个实测值,绝对误差无法计算,此时, 可以出校准证书或校准报告。

校准—将影响测量结果的各分量进行合成，对测量结果的可靠性进行评定。

（检定是对准确性评定）
结论为——所校项目符合技术依据栏中所列依据的相应技术要求。

依据—检定规程，仪器出厂指标、技术说明书、用户的技术指标等。

在用户要求（一般是合资企业）、无检定规程及检定不合格的情况下用(校准报告)。

标准器——0.1级转速表
被检对象——离心机。