测功器是原启东农机厂的一种传统产品,六十年代初由上海柴油机厂提供国外样机进行仿造,当时填补了国内测功器行业的空白,受到国家农机部通令嘉奖。
这种D系列测功器拥有量近万台,为动力机测试人员所广泛熟悉,也是以前高校内燃机专业学生启蒙教育的初级机型。
50年来,虽然该型号测功器几经演变,但主体的内部结构未有大的变化。
我公司生产的D系列(销钉式)测功器也未有大的变化,只是根据用户要求润滑方式是油杯滴油式,还是油脂润滑有用户任选。
水力测功器的主体是水力制动器,基本原理是利用水分子间相互摩擦,吸收柴油发电机输出的扭矩。由测功器主体、摆锤式测力机构、转速表及底座等部分。测功器主体(吸收扭矩)结构:外壳由上壳、下壳及左、右侧壳构成空腔,左、右侧壳外端各装有端盖,端盖装有滚动轴承,使定子可绕轴线摆动。转子装在测功器轴上,架在滚动轴承上。
进行试验时,将柴油发电机的输出轴与测功器轴连接,打开进水阀,水流进入到测功器的空腔。柴油发电机运转后,带动测功器的转子转动,转子上搅水棒搅动水流,形成环形涡流圈,水流与外壳内壁和阻水柱摩擦,形成阻力矩,与柴油发电机输出扭矩对应。作用在外壳的力矩,使外壳偏转,通过测力机构,可测出其作用力矩,即为柴油发电机的有效扭矩。由于水流吸收的功率转换为热能,水温上升,要使水流循环散出热量,使水流出口处温度保持在50~60℃。调节水流量,可改变测功器内的水面高度,适应柴油发电机功率的变化。
水力测功器的工作运行范围。测功器的工作运行范围,所测试柴油发电机的外特性曲线应在测功器的工作运行范围内。两者需选择匹配合适。
电涡流测功器的工作运行特性,在低转速范围内,制动力矩随励磁电流和转速的增加而迅速增大。当I值一定时,在达到一定转速后,扭矩几乎不再增加;当转速不变时,扭矩随i值增加而增大,在i值增大到励磁线路的磁通饱和时,扭矩则不再增加。
在进行柴油发电机试验时,柴油发电机扭矩曲线随转速上升至某一转速区间,单纯增减励磁电流器来保持转速一定进行试验是很困难的。因此,电涡流测功器,除了用手动调整励磁电流的控制方式外,多附加自动控制装置,使励磁电流随转速自动变化。
不少电涡流测功器采用等电流自动控制装置,使励磁电流保持一定,与转速、电源电压和励磁线圈电阻的变化无关。
另有一种是自动等速控制方式。在测出转速偏离给定转速时,反馈到励磁回路中,使励磁电流急剧增减,保持恒定转速。
第三种是增压控制方式,它使励磁电流与转速成正比增加,其增加比例及调整范围可任意设定。
电涡流测功器所消耗的励磁功率很小,只需变动几个安培励磁电流就能自由控制吸收的扭矩,这样,便能方便地实现控制自动化,有利于实现按预定规范试验和耐久性试验时无人操纵运转。
测功器的工作原理与精度基础
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工作原理
- 测功器主要通过测量旋转机械的转矩和转速来计算功率。对于水力测功器,它利用水的阻力来吸收被测机械的功率,通过测量水的压力和流量来间接计算转矩;电力测功器则将被测机械的机械能转化为电能,通过测量电能的参数来计算功率;磁粉测功器则是利用磁粉的剪切力来传递转矩,通过测量磁粉的磁场变化来确定转矩。
- 例如,在一台发动机测试中,测功器与发动机连接,发动机带动测功器旋转。测功器根据自身的工作原理,将发动机输出的功率转化为相应的物理量(如转矩、电流、磁场等),然后通过特定的公式计算出功率值。
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精度基础
- 传感器精度:测功器中的传感器是获取测量数据的关键部件,其精度直接影响到整个测功器的测量精度。例如,转矩传感器和转速传感器需要具有高分辨率和低误差,以准确测量转矩和转速。一些高精度的转矩传感器可以达到±0.05%的测量精度,转速传感器的测量精度也可以达到±1 RPM 甚至更高。
- 数据采集与处理系统:数据采集系统需要能够准确、快速地采集传感器输出的信号,并进行有效的处理和转换。数据处理算法的准确性和稳定性也对测量精度至关重要。一个先进的数据采集与处理系统可以通过滤波、校准、误差补偿等手段,提高测量数据的准确性和可靠性。