一种电机启动输出轴扭矩简易测量系统的制作方法

本实用新型涉及扭矩测量技术领域，尤其涉及一种电机启动输出轴扭矩简易测量系统。

背景技术：

扭矩参数测量是电机试验中一个重要的参数。在各类电机效率评测时，扭矩是一个非常重要的被测量，扭矩参数测量的准确性直接关系到电机效率的评测的正确性。

目前，扭矩参数测量使用的方法按照测量原理可分为平衡力法、传递法和能量转换法。

平衡力法：电机处于匀速工作状态时，电机主轴和测量机体上同时存在一对大小相等、方向相反的扭矩。通过测量机体上的力矩值来映射测量电机主轴上力矩值的方法称为平衡力法。平衡力法的特点是不存在扭矩参数信号传递的问题，测量直接，原理简单。平衡力法的缺点是扭矩参数测量范围仅局限为电机匀速工作状态，不能进行电机动态扭矩的测量。

传递法：扭矩传递时，作用于传递性元件的物理参数会发生对应的变化，利用这种有对应关系的变化来测量扭矩参数，即为传递法。按照物理参数区分，传递法划分为光电式、磁弹性式、应变式、振弦式等，目前传递法在电机扭矩参数测量领域应用比较广泛。传递法在测量领域应用比较广泛，因传递中间介质不同，缺点也不尽相同。

光电式扭矩参数测量：固定在转轴上的光栅，在有扭矩作用时，两个光栅圆盘产生相对转角，代表扭矩参数值的电信号随转角增大而增大，该输出的电信号经过换算即可代表所测量的扭矩参数。响应速度快、实时监测是该测量方法的特点。光电式扭矩参数测量的缺点为结构复杂、抗干扰能力差、静标困难、可靠性较差、环境温度对测量精度影响大等。因此，该方法不适用于刚启动和低转速轴的扭矩测量。

磁电式扭矩参数测量：在扭矩传递弹性轴两端上分布两个相同结构的齿轮，对应两套磁芯和线圈组成信号采集系统，齿顶对面磁芯之间留出微小间隙。当驱动轴转动时，对应的两个线圈分别感应出两个交变电动势，交变电动势与对应齿轮的磁芯相对位置相关，通过测量电动势值并进行相应换算，即可得到对应的电机扭矩参数值。该方法为非接触测量，具有成本低、性能可靠、精度较高等特点。磁电式扭矩参数测量的缺点是结构复杂、制造困难、响应时间较长、低速信号小、高速动平衡难等固有缺陷使之不适于高速转动轴的扭矩测量。仅适用于测量较大转角位移的扭矩参数，即测量启动和低速转矩参数。

振弦式扭矩参数测量：在扭矩传递弹性轴两端大小套筒间连接振动弦，振动弦固有频率与张力存在对应的函数关系，力值转换成电量，经换算计算出相应扭矩参数值。该方法可以直接将传动轴作为扭矩传递弹性轴进行测量。因采用了频率信号传输方式，抗干扰性能好。振弦式扭矩参数测量的缺点是因其结构设计复杂和测量原理问题，导致测量灵敏度、准确度较低，对弹性轴的弹性变形要求高，该方法不适用小型、高速转轴的扭矩参数测量。

磁弹式扭矩参数测量：采用铁磁材料或其它合金材料的磁弹性效应来进行电机扭矩参数测量时，磁场中用铁磁材质制作的弹性轴被施加扭矩，磁导率将产生变化，通过测量磁导率的变化来获得电机扭矩参数。磁导率及非接触性的测量方式使得该方法具有响应速度快、过载能力好、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。磁弹式扭矩参数测量中“圆弧调制”误差的存在是该方法的固有缺陷，其测量准确度比较低，仅应用于大型机械设备。

应变式扭矩测量法：扭矩加载在传动轴上时将产生一定的应变，应变与扭矩对应着比例关系。电阻应变片来检测相应扭矩参数的原理和结构相对简单。其特点是技术成熟、精度高、应用广、响应快、环境适应力强。应变式扭矩测量法因该方法为弱信号测量，实施工艺影响较大，抗干扰能力差，不适用于高速转轴的扭矩测量。

能量转换法该方法是一种间接测量扭矩参数的方法。根据能量守恒定律，通过测量热能、电能等其它参数映射扭矩值。通常该方法有一套综合设备构成，功能较多，通过对温度、电参数、转速等参数的测量来换算扭矩参数，同时对电机的电流、电压、功率等参数准确测量，电机扭矩参数测量时不需要额外的联轴器，降低了现场操作难度。能量转换法的缺点是造价高，灵活性差。

因此在电机扭矩参数测量的实际工作中，当仅需测量电机启动时的特定、多种扭矩时，需要一种操作简便、结构简单、原理可靠、造价低廉的测量方法和相应装置。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电机启动输出轴扭矩简易测量系统，本实用新型利用扭矩扳手原理测量电机启动扭矩参数，并且设计了相应的配套机构。该方法和机构可以快速、方便、准确地测量电机启动扭矩参数。能够快速准确多阶段测量电机输出轴扭矩。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电机启动输出轴扭矩简易测量系统，其特征在于，所述测量系统包括设置在测试平台底板7的扭矩扳手1、快速对接头2、被测电机5和扭矩扳手固定架9，以及数据采集计算机10，其中，所述扭矩扳手1的尾部手柄部分通过扭矩扳手固定架9固定在测试平台底板7上，扭矩扳手1的旋转端通过快速对接头2与被测电机5的电机输出轴3连接，电机供电端配接三相电量综合测量的三相智能型隔离变送器，对交流三相回路进行全参数测量通过RS-485通信接口上传到数据采集计算机10；被测电机5与供电控制及综合电参数监测箱6相连，供电控制及综合电参数监测箱6通过控制按钮8控制电机工作。

进一步地，所述三相智能型隔离变送器为采用高精度24位专用AD芯片作为主芯片的BD-4E(H)三相智能型隔离变送器，输入范围：380V，50A；精度等级：0.5级；频响范围：45Hz-65Hz。

进一步地，所述RS-485通信接口速率选择范围为38.4K,19.2K,9600，4800，2400和1200。

本实用新型另一方面，提供所述测量系统测量电机启动输出轴扭矩参数的方法，根据电机额定扭矩参数规格，选择对应的已知扭矩值的扭矩扳手，将扭矩扳手通过快速对接头对接至电机输出轴上，扭矩扳手尾部固定后，启动电机，电机供电端配接三相电量综合测量的三相智能型隔离变送器，对交流三相回路进行全参数测量，通过RS-485通信接口上传到监控计算机，将实时测量的电机启动过程中的综合扭矩参数记录；扭矩参数包括对应扭矩值当前下的电流值、电压值、频率、有功功率、无功功率和累积电量；然后再更换不同规格扭矩扳手，分阶段实现多个扭矩参数测量，最终完成电机启动输出轴扭矩参数的测量。扭矩参数测量值也分阶段的表述电机在不同电流输入时的扭矩输出值，在计算机采集数据后，进行数据处理输出。

本实用新型的工作原理如下：扭矩扳手的结构分为压力弹簧、扭矩释放关节、扭矩顶杆等三部分组成。调节顶杆上弹簧套向扭矩释放关节加压设定所需扭矩值，锁定扭矩扳手，开始拧紧螺栓。当扭力大于弹簧的压力时，即螺栓达到扭矩值后，会产生瞬间脱节的效果，扳手机构内发出“卡塔”声。由此，确认达到扭矩扳手规定扭矩值的提醒作用。根据电机额定扭矩参数规格，选择对应的扭矩扳手，设计相应的转接接头，将扭矩扳手对接至电机转轴上。扭矩扳手尾部固定后，启动电机。电机供电端配接三相电量综合测量的三相智能型隔离变送器，对交流三相回路进行全参数测量，通过RS485接口上传到监控计算机，将实时测量的电机启动过程中的综合参数记录。电机启动后，扭力通过输出轴加载在扭矩扳手上，在扭矩值达到扭矩扳手限定值时，扭矩扳手的弹簧释放，扳手机构内发出“卡塔”声。同时，综合参数记录设备记录该时刻的电流值、电压值、频率、有功功率和无功功率等。更换不同规格扭矩扳手，可以分阶段实现多个扭矩参数测量。扭矩参数测量值也分阶段的表述电机在不同电流输入时的扭矩输出值。即电机启动时，实时连续测量电机工作电流、电压等参数，便可得到该电流等参数下的电机输出轴扭矩值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型利用扭矩扳手简单测量原理和机械机构，配备简单的对接机构，快速准确地测量一定电流下的电机启动输出扭矩；通过选择不同的扭矩扳手即可方便的进行多种电机以及每台电机的多种启动输出扭矩参数，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型提供的测量装置配置示意图；

图2是本实用新型提供的电机多阶段启动扭矩测量原理图；

图中：1-扭矩扳手、2-快速对接头、3-电机输出轴、4-电机接线盒、5-被测电机、6-供电控制及综合电参数监测箱、7-测试平台底板、8-控制按钮、9-扭矩扳手固定架、10-数据采集计算机。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明，但本实用新型并不局限于以下技术方案。

实施例1测量系统

如图1所示，所述测量系统包括设置在测试平台底板7的扭矩扳手1、快速对接头2、被测电机5和扭矩扳手固定架9，以及数据采集计算机10，其中，所述扭矩扳手1的尾部手柄部分通过扭矩扳手固定架9固定在测试平台底板7上，扭矩扳手1的旋转端通过快速对接头2与被测电机5的电机输出轴3连接，电机供电端配接三相电量综合测量的三相智能型隔离变送器，对交流三相回路进行全参数测量通过RS-485通信接口上传到数据采集计算机10；被测电机5与供电控制及综合电参数监测箱6相连，供电控制及综合电参数监测箱6通过控制按钮8控制电机工作。

扭矩扳手经预先按电机额定扭矩参数选取合适的扭矩扳手并进行扭矩设定。快速对接头可以实现快速对接，方便使用。配置与扭矩扳手相对应的不同连接接口。

供电控制及综合电参数监测箱6的功能为向被测电机提供电源，实现电机启动、停止、换向、过流保护等控制功能。电路配置三相电量综合测量的三相智能型隔离变送器，对交流三相回路进行全参数测量。通过RS485上传到计算机，由计算机采集、记录和处理。计算机编制相应测试软件，记录测试过程数据，包括电机规格型号、相关电压、电流、扭矩、试验环境参数等数据，输出监测报告。

2)数据采集

采样设备：三相智能型隔离变送器。

主要功能:BD-4E(H)三相智能型隔离变送器作为三相电量综合测量元件，对交流三相回路进行全参数测量。该元件采用高精度24位专用AD芯片作为主芯片。测量参数有电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因素和累计电量等各种电参量，精度高，稳定性好，通讯速率高。采用全隔离处理技术，抗干扰能力强。测量电参量通过RS-485数字接口输出实现远程传输，产品的MODBUS协议完全兼容于各种组态软件或PLC设备里的MODBUS(RTU)协议。该元件输入范围：380V50A；精度等级：0.5级；频响范围：45Hz-65Hz；通信接口：RS-485(双绞线)；通信速率：38.4K,19.2K,9600，4800，2400，1200可选；完全满足本项目要求。

测量数据通过RS485通讯接口传送到计算机采集接口，数据显示在相应的专用测试界面的文本框中。

3)软件设计

软件原理：

软件设计采用Microsoft Visual Basic 6.0作为设计环境，同时需要Microsoft Office Access 2007数据库存储后台数据。

软件设计模块包括：数据采集、数据处理、数据显示、数据保存和数据输出等。

数据采集模块包括：数据格式定义、通讯参数定义、数据初始化、数据采集定时器、实时数据数组。数据处理模块包括：通道选择、原始数组、变量赋值、多变量取平均值、单位计算与变换。数据显示及功能模块包括：通讯数据、设定参数、仪表参数、测量数据显示、功能操作按钮等。数据保存模块包括：前台操作与后台数据库。后台数据库包括：测量的相关数据，需要测量的综合参考数据，测量数据，校准证书数据。数据输出模块包括：测量数据的记录表和校准证书。

测量操作界面包括：通讯参数设置、测量主界面、数据管理界面、帮助界面等。

参数设置界面包括：通讯参数和仪器参数的设置。参数设置后，保存在程序的配置文件中，下次运行时，程序直接调入使用。

测量主界面内容包括：被测电参数、设定参数、测量数据显示及功能按键等。

数据管理界面用于对后台数据库的数据进行管理，包括：数据浏览、记录添加、删除、刷新、保存等功能。

实施例2测量方法

1)测量设备安装

测量的第一步是被测电机5的安装。沿轴向将电机固定在测试平台底板7上。电机输出轴3上安装快速对接头2。电机供电系统接线并测试启动、停止、反转等功能。

2)连接通讯线缆

三相智能型隔离变送器RS-485接线端连接RS485/RS232转换器，将该转换器RS232端接入计算机RE232接口。启动通讯设置软件界面，设置通讯参数，连接并测试通讯数据。

3)选定扭矩扳手并设定扭矩值。

选用交流三相异步电机Y系列Y100L-2为被测电机为例。该电机相关参数如下：

额定功率：3.0KW；满载时转速：2870r/min；满载时电流(380V)：6.39A；堵转电流/额定电流：7.0A；堵转转矩/额定转矩：2.2Nm；最大转矩/额定转矩：2.2Nm。

选择扭矩扳手型号：DB3N4(-S)；扭矩调节范围(Nm)：0.3～3.0；分3个阶段时扭矩设定值(Nm)分别为：0.5、1.2、2.2。首次试验设定为0.5Nm。

将扭矩扳手连接到快速对接头2后，固定扭矩扳手手柄部分到扭矩扳手固定架9，准备测试。

4)实时测试

各部分准备好后，开始测试操作。测试操作前检查通讯参数，按电机启动控制按钮8，电机启动时，加载力矩到扭矩扳手，同时电流增大。到达限定扭矩后，扭矩扳手1发出响声，按下停止按钮电机停止。由数据采集计算机记录测试数据，测量原理图如图2所示。