专利名称:高精度微功率测试仪的制作方法
本发明涉及一种测定机械功率值的装置，尤其适用于小型旋转机械之微功率的高精度测定，可测功率范围为1瓦至100瓦。
现有各种用于测试旋转机械功率的仪器，普遍采用转矩平衡试验台式结构，即将电机置于安有滚动轴承的支架上，通过杠杆机构测得被试机械的转矩。然后使用转速计测其转速即可通过上述所获两数据来确定该旋转机械的功率。由于上述测功仪之滚动轴承从静止状态启动需要克服一定的摩擦阻力矩，这就使得转矩的测量结果难于精确，尤其对功率微小的旋转机械之转矩的测量误差则更大。苏联专利Su-987423介绍的一种用于测量转矩的平衡试验台采用同心曲线狭槽结构在一定程度上减少了摩擦阻力从而提高了转矩平衡试验台的测试精确度。但仍不能满足小功率旋转机械微量转矩的测试要求。Su-935721提供的高精度转矩测试装置也是如此，而且都不能作为动力带动被测机械以测量其效率和功率损失。
本发明的目的是提供一种能高精度地测定小型旋转机械微小功率值的仪器，该仪器既可做动力，又可作负荷，从而具有多种功能。
本发明的任务是通过如下方式完成的，在测试台板上设置两块相互平行，其刃口向上呈圆弧线形状的硬质合金刀片，然后将一直流电机由其两端转轴伸出部分通过套在转轴上的带有“V”形槽的轴套直接与刀刃接触，槽底呈圆弧状。这样，使得用于测试功率的电机具有轴向定位和轴线自行回位的双重作用，并可以承受一定的轴向推力。电机与被测机械用一连接套连接使之成为同心转轴，测试时，支承在刀刃上的测试仪之电机外壳经磁场作用受到与被测机械转矩相等的反作用力矩。由于刀刃与“V”形槽呈圆弧面接触使电机转轴转动时受到的阻力大大减少，上述转矩测定之误差即随之缩小。在电机上装配一付悬臂并通过连接丝与拉力传感器相接，于是，上述电机外壳承受的反作用力矩经其中一侧悬臂拉动拉力传感器，即可测得被测物的转矩。其转速采用红外线光电转速计测取。所获上述转矩与转速数据经电子放大器放大与转换后输入计算机即可迅速获得被测机械的功率。如将需要测取的各量预先编入计算机程序，可连续计算并打印出所需要的各种有关数据。
下面结合附图对本发明的一种具体结构作进一步描述。
图1为结构示意图。其中1-可调支座;2-连接套;3-转轴跳动量传感器;4a、4b-轴套;5a、5b-支承刀片;6a、6b-拉力传感器;7a、7b-连接丝;8-配重螺母;9a、9b-悬臂;10-直流电机;11-中间导线;12-台板;13-圆盘;14-红外线光电转速计;15-微型计算机;16-电子放大器;17-水平校正刀片;18-微调机构;19-稳压电源;20-接线头;21-轴心对中传感器;22-内槽。
图2是支承刀片之刀锋线示意图，其中23-刀锋线。
图3是图2中A-A剖视图。
图4是轴套的剖视图，其中24-“V”形槽。
图5是控制线路方框图。
参照图1，将一台功率为20瓦的直流电机(10)通过套在其两端转轴伸出部份开有如图4所示“V”形槽(24)的轴套(4a、4b)支承在两块刀片(5a、5b)上，该两刀片取材硬质合金制作，相互平行固定在台板(12)上。刀刃角度如图2所示为25°，刀锋(23)如图3所示为一半径为50毫米的光滑内圆弧，刀片刃口厚度为不大于0.003毫米的光滑圆弧。上述轴套(4a、4b)之“V”形槽(24)两侧所成夹角为140°，槽底作成半径为R2的光滑内圆弧，其支承部分用高碳钢制作，槽底用激光局部淬火后抛光。电机外壳上端按图1所示分别横向朝外水平延伸悬臂(9a、9b)，其外端分别由连接丝(7a、7b)与设置于其下端的拉力传感器(6a、6b)对应连接。上述悬臂(9a)之外端还套有一个用于调节悬臂水平度的配重螺母(8)。上述传感器(6a)带有一个可以用于调节传感器高度的微调机构(18)，以便随时通过调整该传感器的高度来保证悬臂的水平度。各传感器与支承台板之间垫有一层防振材料，其厚度以10毫米为宜。用于固定传感器的夹子，亦包有防震材料。用于悬臂(9a、9b)与传感器(6a、6b)分别对应连接的金属丝(7a、7b)最好采用螺旋弹簧，用以隔离电机(10)之悬臂(9a、9b)传递的振动。悬臂(9a、9b)下方还设有一块同样用于校正悬臂水平度的水平校正刀片(17)，该刀片与悬臂成一定间隔竖直设置在台板上。电机(10)通过套在其一端转轴上的连接套(2)与被测机械的传动轴同心套接，连接套(2)上带有一只轴心对中传感器(21)，用以校准被测机械与电机(10)两传动轴的同心度，该连接套(2)取用经稳定化处理的磷青铜制成，其与被测旋转机械之传动轴套接的一端呈锥角向外延伸并轴向开有若干内槽(22)，该槽一般可为四条，宽1毫米，长20毫米，均匀分布，使连接套(2)之前套管分为四瓣，以便于与被测物传动轴成滑动配合，其接触深度达10毫米即可，用一个大小与之匹配的套环箍锁。每瓣瓣叶外表面带有构成上述轴心对中传感器(21)的应变片，每片应变片引出一根5毫米长的接线头(20)。连接套(2)的另一端则固定在电机(10)转轴上，使用上述连接套(2)对接被测机械之传动轴时，将该传动轴推入连接套内。当两轴轴心对中时，电子放大器即可显示轴心对中传感器(21)上感应的同等压力值。否则，需要继续调试。一俟对中，即可将放大器与传感器的接线断开。然后用套箍套入连接套的呈锥形的一端，将连接套(2)紧固在被测物之传动轴上。
上述被测物被置放在位于台板(12)一端的可调支座(1)上，该可调支座(1)可固定任何形状的旋转机械。为了便于调整被测物之传动轴与电机(10)转轴之间的同心度，该支座带有可以任意改变被测物(及其传动轴)的空间位置与空间角度的精密微调机构。
电机(10)的另一端转轴端头则装有一个用于粘贴红外线反射胶片的轴前圆盘(13)，然后，按图5所示线路方框图并参照图1所示布局将红外线光电转速计(14)、电子放大器(16)、计算机(15)及稳压电源(19)固定安装在底板(12)上进行电连接并由此构成本测试仪。
测试功率时，利用可调支座(1)将固定在电机转轴上的连接套(2)与被测机械之传动轴进行同心对正，电机(10)即成为发电机作被测机械的负荷。改变稳压电源(19)内的可变电阻，可调节电机(10)的功率，也可调节被测物发出的功率。如果电机(10)之电枢由被测物带动按顺时针方向转动，则电机外壳由于磁场作用将受到与被测物相等的转矩也朝顺时针方向旋转，并通过电机(10)外壳上的悬臂(9a、9b)与金属连接丝(7a、7b)向上拉动传感器(6a、6b)。根据悬臂长度，经机械-电气转换可立即计算出被测物的转矩。其转速则通过红外线光电转速计(14)发射的红外线经固定在电机(10)之轴前圆盘(13)上粘附的红外线反射胶片反射，由红外线光电转速计(14)测得转速，然后将所获转速值与上述测得转矩值输入计算机(15)，即可计算出被测机械发出的功率。将输入被测机械的电流值、电压值及发出功率值输入计算机，即可计算出被测物的效率。通过调节稳压电源(19)之可变电阻改变电机(10)的功率、转速，即可得到被测物在不同功率和转速下的效率。
需要测量被测机械之消耗功率时，将直流电机(10)作为主动机使用，带动被测机械旋转。如朝顺时针方向旋转，则电机(10)外壳受到大小与被测机械阻力矩相等的磁场作用而朝反时针方向旋转，经电机悬臂(9a)、金属连接丝(7a)向上拉动传感器(6a)，根据悬臂长度与机械-电气转换也可测得被测机械的旋转阻力矩，其转速亦用红外线光电转速计测得，从而计算出被测物的消耗功率。只要将上述各有关信息输入计算机，即可显示和打印出被测机械的旋转力矩、转速、输入功率、输出功率、效率及机械损失等数据。
为了避免本测试仪之电机引出的导线对测量精度的影响，该导线的长度最好不要大于10毫米。并在电机(10)上设置一用刀刃与接线柱相连的可自由摆动的中间导线(11)，由此搭接电机(10)之引出导线。
为保证本测试仪与被测物连接后在运转过程中的测试精度，在电机(10)转轴上还附有一个非接触式电容传感器即转轴跳动量传感器(3)监测该轴运转时的跳动量。
为了减少灰尘污染并便于携带，本测试仪用取材玻璃或其他材料制成的外罩罩封。
上述测试仪之转矩传递机构在安装时应使两刀片(5a、5b)之刀锋线保持水平对称，同时水平校正刀片(17)亦应保持水平状态。
检查本测试仪总成安装后的测量精度与灵敏度的方法是，用0.02克的法码加到连接拉力传感器的金属丝挂钩上，如能在计算机上显示相应的转矩值，则说明装配得当，否则需要重新调试。
在使用本测试仪进行测试时，应在测试前旋动悬臂(9a)上的配重螺母(8)，同时通过上述位于悬臂下方的水平校正刀片使悬臂与该刀片平行从而处于水平位置。为了得到精度较高的测试结果，测试前应制取转矩校正曲线。先将不工作的传感器向上调高5毫米，以避免该传感器对工作传感器将要产生的干扰。然后用0.02克法码加至工作传感器之连接丝的挂钩上，每次加一个，逐步增加重量至测试需要的克数为止，连接各相应点绘制转矩校正曲线。
本发明高精度微功率测试仪实验效果良好，其转矩精度可达1%～5‰，转矩灵敏度可达5
，且使用方便，应用广泛。可用于精确测量下列微小功率机械，如交流、直流发电机与电动机，气动、液动伺服马达，小型通风机，各种旋转叶轮机械与旋转机构，以及微型动力机械等的转矩、转速、输入功率，输出功率、摩擦损失功率与效率。还可以用于各种小功率机械的研究分析及其他类型的微小功率测量仪器的校准。
权利要求
1.一种用于测定机械功率值的高精度微功率测试仪，它由外罩、台板、可调支座、转距传递机构、电子放大器、红外线光电转速计、计算机及稳压电源等组成，其特征在于上述转矩传递机构由一个直流电机(10)、二块其刃口呈光滑圆弧线形状的硬质刀片(5a、5b)及悬臂(9a、9b)、连接丝(7a、7b)、拉力传感器(6a、6b)和一只用于同心连接电机(10)转轴与被测机械传动轴的连接套(2)组成，电机(10)两端转轴伸出部分被套上带有光滑圆弧形槽底的“V”形槽式轴套(4a、4b)并由其将电机(10)支撑在固定于台板(12)上的二块相互平行的刀片(5a、5b)上，悬臂(9a、9b)位于电机(10)外壳上部两侧横向向外水平延伸，其外端通过连接丝(7a、7b)分别对应连接拉力传感器(6a、6b)。
2.由权利要求
1的测试仪，其特征还在于所述电机(10)带有一个转轴跳动量传感器(3)。
3.由权利要求
1的测试仪，其特征在于所述刀片(5a、5b)之刃口厚度为不大于0.003毫米的光滑圆弧。
4.由权利要求
1的测试仪，其特征在于所述悬臂(9a)带有用于校正该悬臂水平度的配量螺母(8)。
5.由权利要求
1的测试仪，其特征还在于所述悬臂(9a)配有用于校正该悬臂水平度的水平校正刀片(17)，该刀片与悬臂成一定间隔且刀口向上竖直设置在台板上。
6.由权利要求
1的测试仪，其特征在于所述拉力传感器(6a、6b)配有可调整其高度的微调机构(18)。
7.由权利要求
1、6的测试仪，其特征还在于所述拉力传感器(6a、6b)与台板之间垫有一层防振材料。
8.由权利要求
1的测试仪，其特征在于所述连接套(2)之与被测机械传动轴套接的一端呈锥形且开有若干轴向内槽(22)而成为多瓣状套管。
9.由权利要求
8的测试仪，其特征在于该多瓣状套管上带有由若干与瓣叶相匹配的应变片构成的轴心对中传感器(21)。
10.由权利要求
1的测试仪，其特征在于所述刀片(5a、5b)之刀刃角度可以是25°。
11.由权利要求
1的测试仪，其特征还在于所述刀片(5a、5b)之刀锋线(23)可以是一半径为50毫米的光滑内圆弧。
12.由权利要求
1的测试仪，其特征还在于所述轴套(4a、4b)之“V”形槽(24)两侧所成夹角可以是140°。
13.由权利要求
1的测试仪，其特征还在于所述轴套(4a、4b)之“V”形槽(24)槽底可以是半径为R2的光滑内圆弧。
专利摘要
本发明提供的高精度微功率测试仪，适用于测试各种小型旋转机械的功率、效率等，测试范围1瓦至100瓦。该测试仪的特点在于其转矩传递机构由两块刃口为光滑圆弧的刀片支承用于测试的直流电机，该电机由套入其两端的带有光滑圆弧形槽底的“V”形槽式轴套作为接触面从而大大减少了摩擦阻力，使传感器感应效果相应提高，其转矩灵敏度达5，转矩精度在1％至5‰之间。
文档编号G01L3/24GK86106766SQ86106766
公开日1988年4月27日 申请日期1986年9月27日
发明者曹建秋 申请人:长沙市新湘机械厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan