專利名稱:高精度微功率測試儀的制作方法
本發(fā)明涉及一種測定機械功率值的裝置，尤其適用于小型旋轉機械之微功率的高精度測定，可測功率范圍為1瓦至100瓦。
現(xiàn)有各種用于測試旋轉機械功率的儀器，普遍采用轉矩平衡試驗臺式結構，即將電機置于安有滾動軸承的支架上，通過杠桿機構測得被試機械的轉矩。然后使用轉速計測其轉速即可通過上述所獲兩數(shù)據(jù)來確定該旋轉機械的功率。由于上述測功儀之滾動軸承從靜止狀態(tài)啟動需要克服一定的摩擦阻力矩，這就使得轉矩的測量結果難于精確，尤其對功率微小的旋轉機械之轉矩的測量誤差則更大。蘇聯(lián)專利Su-987423介紹的一種用于測量轉矩的平衡試驗臺采用同心曲線狹槽結構在一定程度上減少了摩擦阻力從而提高了轉矩平衡試驗臺的測試精確度。但仍不能滿足小功率旋轉機械微量轉矩的測試要求。Su-935721提供的高精度轉矩測試裝置也是如此，而且都不能作為動力帶動被測機械以測量其效率和功率損失。
本發(fā)明的目的是提供一種能高精度地測定小型旋轉機械微小功率值的儀器，該儀器既可做動力，又可作負荷，從而具有多種功能。
本發(fā)明的任務是通過如下方式完成的，在測試臺板上設置兩塊相互平行，其刃口向上呈圓弧線形狀的硬質合金刀片，然后將一直流電機由其兩端轉軸伸出部分通過套在轉軸上的帶有“V”形槽的軸套直接與刀刃接觸，槽底呈圓弧狀。這樣，使得用于測試功率的電機具有軸向定位和軸線自行回位的雙重作用，并可以承受一定的軸向推力。電機與被測機械用一連接套連接使之成為同心轉軸，測試時，支承在刀刃上的測試儀之電機外殼經(jīng)磁場作用受到與被測機械轉矩相等的反作用力矩。由于刀刃與“V”形槽呈圓弧面接觸使電機轉軸轉動時受到的阻力大大減少，上述轉矩測定之誤差即隨之縮小。在電機上裝配一付懸臂并通過連接絲與拉力傳感器相接，于是，上述電機外殼承受的反作用力矩經(jīng)其中一側懸臂拉動拉力傳感器，即可測得被測物的轉矩。其轉速采用紅外線光電轉速計測取。所獲上述轉矩與轉速數(shù)據(jù)經(jīng)電子放大器放大與轉換后輸入計算機即可迅速獲得被測機械的功率。如將需要測取的各量預先編入計算機程序，可連續(xù)計算并打印出所需要的各種有關數(shù)據(jù)。
下面結合附圖對本發(fā)明的一種具體結構作進一步描述。
圖1為結構示意圖。其中1-可調(diào)支座;2-連接套;3-轉軸跳動量傳感器;4a、4b-軸套;5a、5b-支承刀片;6a、6b-拉力傳感器;7a、7b-連接絲;8-配重螺母;9a、9b-懸臂;10-直流電機;11-中間導線;12-臺板;13-圓盤;14-紅外線光電轉速計;15-微型計算機;16-電子放大器;17-水平校正刀片;18-微調(diào)機構;19-穩(wěn)壓電源;20-接線頭;21-軸心對中傳感器;22-內(nèi)槽。
圖2是支承刀片之刀鋒線示意圖，其中23-刀鋒線。
圖3是圖2中A-A剖視圖。
圖4是軸套的剖視圖，其中24-“V”形槽。
圖5是控制線路方框圖。
參照圖1，將一臺功率為20瓦的直流電機(10)通過套在其兩端轉軸伸出部份開有如圖4所示“V”形槽(24)的軸套(4a、4b)支承在兩塊刀片(5a、5b)上，該兩刀片取材硬質合金制作，相互平行固定在臺板(12)上。刀刃角度如圖2所示為25°，刀鋒(23)如圖3所示為一半徑為50毫米的光滑內(nèi)圓弧，刀片刃口厚度為不大于0.003毫米的光滑圓弧。上述軸套(4a、4b)之“V”形槽(24)兩側所成夾角為140°，槽底作成半徑為R2的光滑內(nèi)圓弧，其支承部分用高碳鋼制作，槽底用激光局部淬火后拋光。電機外殼上端按圖1所示分別橫向朝外水平延伸懸臂(9a、9b)，其外端分別由連接絲(7a、7b)與設置于其下端的拉力傳感器(6a、6b)對應連接。上述懸臂(9a)之外端還套有一個用于調(diào)節(jié)懸臂水平度的配重螺母(8)。上述傳感器(6a)帶有一個可以用于調(diào)節(jié)傳感器高度的微調(diào)機構(18)，以便隨時通過調(diào)整該傳感器的高度來保證懸臂的水平度。各傳感器與支承臺板之間墊有一層防振材料，其厚度以10毫米為宜。用于固定傳感器的夾子，亦包有防震材料。用于懸臂(9a、9b)與傳感器(6a、6b)分別對應連接的金屬絲(7a、7b)最好采用螺旋彈簧，用以隔離電機(10)之懸臂(9a、9b)傳遞的振動。懸臂(9a、9b)下方還設有一塊同樣用于校正懸臂水平度的水平校正刀片(17)，該刀片與懸臂成一定間隔豎直設置在臺板上。電機(10)通過套在其一端轉軸上的連接套(2)與被測機械的傳動軸同心套接，連接套(2)上帶有一只軸心對中傳感器(21)，用以校準被測機械與電機(10)兩傳動軸的同心度，該連接套(2)取用經(jīng)穩(wěn)定化處理的磷青銅制成，其與被測旋轉機械之傳動軸套接的一端呈錐角向外延伸并軸向開有若干內(nèi)槽(22)，該槽一般可為四條，寬1毫米，長20毫米，均勻分布，使連接套(2)之前套管分為四瓣，以便于與被測物傳動軸成滑動配合，其接觸深度達10毫米即可，用一個大小與之匹配的套環(huán)箍鎖。每瓣瓣葉外表面帶有構成上述軸心對中傳感器(21)的應變片，每片應變片引出一根5毫米長的接線頭(20)。連接套(2)的另一端則固定在電機(10)轉軸上，使用上述連接套(2)對接被測機械之傳動軸時，將該傳動軸推入連接套內(nèi)。當兩軸軸心對中時，電子放大器即可顯示軸心對中傳感器(21)上感應的同等壓力值。否則，需要繼續(xù)調(diào)試。一俟對中，即可將放大器與傳感器的接線斷開。然后用套箍套入連接套的呈錐形的一端，將連接套(2)緊固在被測物之傳動軸上。
上述被測物被置放在位于臺板(12)一端的可調(diào)支座(1)上，該可調(diào)支座(1)可固定任何形狀的旋轉機械。為了便于調(diào)整被測物之傳動軸與電機(10)轉軸之間的同心度，該支座帶有可以任意改變被測物(及其傳動軸)的空間位置與空間角度的精密微調(diào)機構。
電機(10)的另一端轉軸端頭則裝有一個用于粘貼紅外線反射膠片的軸前圓盤(13)，然后，按圖5所示線路方框圖并參照圖1所示布局將紅外線光電轉速計(14)、電子放大器(16)、計算機(15)及穩(wěn)壓電源(19)固定安裝在底板(12)上進行電連接并由此構成本測試儀。
測試功率時，利用可調(diào)支座(1)將固定在電機轉軸上的連接套(2)與被測機械之傳動軸進行同心對正，電機(10)即成為發(fā)電機作被測機械的負荷。改變穩(wěn)壓電源(19)內(nèi)的可變電阻，可調(diào)節(jié)電機(10)的功率，也可調(diào)節(jié)被測物發(fā)出的功率。如果電機(10)之電樞由被測物帶動按順時針方向轉動，則電機外殼由于磁場作用將受到與被測物相等的轉矩也朝順時針方向旋轉，并通過電機(10)外殼上的懸臂(9a、9b)與金屬連接絲(7a、7b)向上拉動傳感器(6a、6b)。根據(jù)懸臂長度，經(jīng)機械-電氣轉換可立即計算出被測物的轉矩。其轉速則通過紅外線光電轉速計(14)發(fā)射的紅外線經(jīng)固定在電機(10)之軸前圓盤(13)上粘附的紅外線反射膠片反射，由紅外線光電轉速計(14)測得轉速，然后將所獲轉速值與上述測得轉矩值輸入計算機(15)，即可計算出被測機械發(fā)出的功率。將輸入被測機械的電流值、電壓值及發(fā)出功率值輸入計算機，即可計算出被測物的效率。通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源(19)之可變電阻改變電機(10)的功率、轉速，即可得到被測物在不同功率和轉速下的效率。
需要測量被測機械之消耗功率時，將直流電機(10)作為主動機使用，帶動被測機械旋轉。如朝順時針方向旋轉，則電機(10)外殼受到大小與被測機械阻力矩相等的磁場作用而朝反時針方向旋轉，經(jīng)電機懸臂(9a)、金屬連接絲(7a)向上拉動傳感器(6a)，根據(jù)懸臂長度與機械-電氣轉換也可測得被測機械的旋轉阻力矩，其轉速亦用紅外線光電轉速計測得，從而計算出被測物的消耗功率。只要將上述各有關信息輸入計算機，即可顯示和打印出被測機械的旋轉力矩、轉速、輸入功率、輸出功率、效率及機械損失等數(shù)據(jù)。
為了避免本測試儀之電機引出的導線對測量精度的影響，該導線的長度最好不要大于10毫米。并在電機(10)上設置一用刀刃與接線柱相連的可自由擺動的中間導線(11)，由此搭接電機(10)之引出導線。
為保證本測試儀與被測物連接后在運轉過程中的測試精度，在電機(10)轉軸上還附有一個非接觸式電容傳感器即轉軸跳動量傳感器(3)監(jiān)測該軸運轉時的跳動量。
為了減少灰塵污染并便于攜帶，本測試儀用取材玻璃或其他材料制成的外罩罩封。
上述測試儀之轉矩傳遞機構在安裝時應使兩刀片(5a、5b)之刀鋒線保持水平對稱，同時水平校正刀片(17)亦應保持水平狀態(tài)。
檢查本測試儀總成安裝后的測量精度與靈敏度的方法是，用0.02克的法碼加到連接拉力傳感器的金屬絲掛鉤上，如能在計算機上顯示相應的轉矩值，則說明裝配得當，否則需要重新調(diào)試。
在使用本測試儀進行測試時，應在測試前旋動懸臂(9a)上的配重螺母(8)，同時通過上述位于懸臂下方的水平校正刀片使懸臂與該刀片平行從而處于水平位置。為了得到精度較高的測試結果，測試前應制取轉矩校正曲線。先將不工作的傳感器向上調(diào)高5毫米，以避免該傳感器對工作傳感器將要產(chǎn)生的干擾。然后用0.02克法碼加至工作傳感器之連接絲的掛鉤上，每次加一個，逐步增加重量至測試需要的克數(shù)為止，連接各相應點繪制轉矩校正曲線。
本發(fā)明高精度微功率測試儀實驗效果良好，其轉矩精度可達1%～5‰，轉矩靈敏度可達5
，且使用方便，應用廣泛?？捎糜诰_測量下列微小功率機械，如交流、直流發(fā)電機與電動機，氣動、液動伺服馬達，小型通風機，各種旋轉葉輪機械與旋轉機構，以及微型動力機械等的轉矩、轉速、輸入功率，輸出功率、摩擦損失功率與效率。還可以用于各種小功率機械的研究分析及其他類型的微小功率測量儀器的校準。
權利要求
1.一種用于測定機械功率值的高精度微功率測試儀，它由外罩、臺板、可調(diào)支座、轉距傳遞機構、電子放大器、紅外線光電轉速計、計算機及穩(wěn)壓電源等組成，其特征在于上述轉矩傳遞機構由一個直流電機(10)、二塊其刃口呈光滑圓弧線形狀的硬質刀片(5a、5b)及懸臂(9a、9b)、連接絲(7a、7b)、拉力傳感器(6a、6b)和一只用于同心連接電機(10)轉軸與被測機械傳動軸的連接套(2)組成，電機(10)兩端轉軸伸出部分被套上帶有光滑圓弧形槽底的“V”形槽式軸套(4a、4b)并由其將電機(10)支撐在固定于臺板(12)上的二塊相互平行的刀片(5a、5b)上，懸臂(9a、9b)位于電機(10)外殼上部兩側橫向向外水平延伸，其外端通過連接絲(7a、7b)分別對應連接拉力傳感器(6a、6b)。
2.由權利要求
1的測試儀，其特征還在于所述電機(10)帶有一個轉軸跳動量傳感器(3)。
3.由權利要求
1的測試儀，其特征在于所述刀片(5a、5b)之刃口厚度為不大于0.003毫米的光滑圓弧。
4.由權利要求
1的測試儀，其特征在于所述懸臂(9a)帶有用于校正該懸臂水平度的配量螺母(8)。
5.由權利要求
1的測試儀，其特征還在于所述懸臂(9a)配有用于校正該懸臂水平度的水平校正刀片(17)，該刀片與懸臂成一定間隔且刀口向上豎直設置在臺板上。
6.由權利要求
1的測試儀，其特征在于所述拉力傳感器(6a、6b)配有可調(diào)整其高度的微調(diào)機構(18)。
7.由權利要求
1、6的測試儀，其特征還在于所述拉力傳感器(6a、6b)與臺板之間墊有一層防振材料。
8.由權利要求
1的測試儀，其特征在于所述連接套(2)之與被測機械傳動軸套接的一端呈錐形且開有若干軸向內(nèi)槽(22)而成為多瓣狀套管。
9.由權利要求
8的測試儀，其特征在于該多瓣狀套管上帶有由若干與瓣葉相匹配的應變片構成的軸心對中傳感器(21)。
10.由權利要求
1的測試儀，其特征在于所述刀片(5a、5b)之刀刃角度可以是25°。
11.由權利要求
1的測試儀，其特征還在于所述刀片(5a、5b)之刀鋒線(23)可以是一半徑為50毫米的光滑內(nèi)圓弧。
12.由權利要求
1的測試儀，其特征還在于所述軸套(4a、4b)之“V”形槽(24)兩側所成夾角可以是140°。
13.由權利要求
1的測試儀，其特征還在于所述軸套(4a、4b)之“V”形槽(24)槽底可以是半徑為R2的光滑內(nèi)圓弧。
專利摘要
本發(fā)明提供的高精度微功率測試儀，適用于測試各種小型旋轉機械的功率、效率等，測試范圍1瓦至100瓦。該測試儀的特點在于其轉矩傳遞機構由兩塊刃口為光滑圓弧的刀片支承用于測試的直流電機，該電機由套入其兩端的帶有光滑圓弧形槽底的“V”形槽式軸套作為接觸面從而大大減少了摩擦阻力，使傳感器感應效果相應提高，其轉矩靈敏度達5，轉矩精度在1％至5‰之間。
文檔編號G01L3/24GK86106766SQ86106766
公開日1988年4月27日 申請日期1986年9月27日
發(fā)明者曹建秋 申請人:長沙市新湘機械廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan