专利名称：高速旋转机械的转速与动态功率测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种测量仪器，具体涉及一种高速旋转机械转速与动态功率的测量仪器。
目前，高速旋转机械转速在0～10万转/分范围内高精度地测量其转速并同时测出其动态功率的仪器国内未见报道，国际上因保密不公开。通常只能用频率计或计数器测旋转频率或周期，经公式换算获得转速数据，测量精度低。为了测出某一转速附近的动态功率，即升速功率及摩擦功率，采用的方法是“人工卡秒表法”，即(1)在某一转速开始升速几周，用秒表测出升速这几周所需时间，按已知的公式计算出升速功率；(2)在某一转速断电、自由降速几周，用秒表测出降这几周所需时间，亦用同样的公式算出摩擦功率。测量既慢又不准确。
本实用新型的目的是研制一种能高精度地测量高速旋转机械转速与动态功率的测试仪。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪，它包括一个机壳和安装在机壳内由信号处理电路单元、转速与动态功率测量同步电路单元、微处理器及外围扩展电路单元、驱动与显示电路单元组装成的测量电路板，以及安装在机壳内分别与测量电路板上的各电路单元连接的电源变换单元，其中转速与动态功率测量同步电路单元为一个D型触发器4013，微处理器为80C32。
本实用新型为高速旋转机械的研究与运行提供一种以微处理器为核心的智能测量仪。只要在被测的高速旋转机械上安装转速传感器，将转速信号按要求引入本仪器，就能高精度地测出高速旋转机械的转速与全速范围内的动态功率即升速功率与摩擦功率，并将转速值与动态功率值在LED或LCD显示器上实时显示出来。而D型触发器的特性是仅当其时钟端CLK有一个上升沿时，其数据端D的高电平与低电平才能在其输出端Q反应出来，开始测量，否则停止测量，将D型触发器与微处理器连接，使其定时器T0、T1、T2、外中断INTO、INTI以及P1.0、P11巧妙地结合起来，可有效地防止信号周期的丢失，从而保证测量的高精度。当晶振频率为12.000000MHz,T0定时器定时为一秒时，可使转速信号fs的测量准确度达10-6，相应的转速测量误差为±0.1～±1.0Hz，动态功率测量误差为±0.5W。
现结合附图和实施例对本实用新型做具体描述
图1为本实用新型一种机壳结构示意图；图2为测量电路原理框图；图3为微处理器控制电路单元原理图4为一种驱动电路单元原理图；图5为一种显示电路单元原理图；图6为一种动态功率测量软件框图。
如图1所示，一种高速旋转机械的转速与动态功率测量仪，它包括一个机壳6和安装在机壳6内的由信号处理电路单元1、转速与动态功率测量同步电路单元2、微处理器及外围扩展电路单元3、驱动与显示电路单元4组装成的测量电路板，以及安装在机壳6内分别与测量电路板上的各电路单元连接的电源变换单元5。其中机壳6面板上开有测量结果显示窗8，设有电源开关9、复位开关10、转速测量开关11、动态功率测量开关12，机壳6上还设有转速传感器信号输入插座7。测量电路板上的信号处理电路单元1、转速与动态功率测量同步电路单元2、微处理器及外围扩展电路单元3、驱动与显示电路单元4、以及电源变换单元5的硬件连接原理如图2所示。其中，信号处理电路单元1、转速与动态功率测量同步电路2、微处理器及外围扩展电路单元3组成微处理器控制电路单元，其连接如图3所示；驱动与显示电路单元4原理分别如图4和图5所示。如图3所示，信号处理电路单元1主要由取样电阻R5,PAG103和LM358放大器、U5施密特触发器组成；转速与动态功率测量同步电路单元2为-D型触发器4013；微处理器(MPU)为一片80c32，具有三个定时器，即T0、T1和P11/T(即T2)，其外围扩展电路为一片27c32和一片8155组成，也可以采用一片PSD311。如图4和图5所示，驱动与显示电路单元4中驱动电路单元用4511或7211，相应的显示电路单元用LC5011或EDS805。根据选用的电路，采用相应的交(或直)流电源变换。本实用新型根据应用场合需要可设计成三个型号，即台式测试仪，由一个五位数码管显示，转速与功率通过切换显示，其外围扩展电路是27C32，驱动电路是4511，显示电路是LC5011；箱柜插入式测试仪，由二个五位数码管同时分别显示转速与动态功率，驱动电路和显示电路同台式测量仪，外围扩展电路是27C32与8155；手持式测试仪，由一个四位液晶切换显示转速与动态功率其外围扩展电路是PSD311，驱动电路是7211，显示电路是EDS805。其中手持式测试仪功耗低、体积小，携带使用方便，全部电路除采用CMOS器件外，外围扩展电路采用了PSD311，其它二种型式的测试仪均采用220VAC供电的高亮度数码管显示。
本测试仪的测量过程如下从安装在高速旋转机械上的速度传感器产生的表征转速的周期性信号fs，进入信号处理电路1，由测量输入电阻R5取样，经放大器PAG103和LM358放大，再经施密特触发器U5:A和U5:B整形后进入转速与功率测量同步电路单元2和微处理器及外围扩展电路单元3，通过相应软件对输入的转速信号进行采集与运算，将运算结果送往驱动与显示电路单元4进行显示。
转速与动态功率计算公式如下f=fs/N (1)P=4π2Jf0t1-3(t2-t1)/△t (2)式中，f为转速(转/秒)；fs为由T1定时器/计数器测出的从装在高速旋转机械上的转速传感器送出的表征转速的周期性信号数(Hz)；N为转换系数，即高速旋转机械每转一周送出的周期性信号数，采用不同的转速传感器，N值不同，通常N=1～500；J为高速旋转机械的转动惯量(Kg-m2)，可事先通过计算算出或通过试验测出；f0为定时器T0定时1秒测得的周期信号个数(Hz)；t1为开始测量后定时器T0根据计数f0测得的时间间隔(秒)；t2为经延时后定时器t0根据计数f0测得的时间间隔(秒)；△t为从t1开始测量到t2开始测量之间由定时器T2测得的时间间隔(秒)。
按公式(2)进行运算的一种程序框图如图6所示。由图3可以看出，施密特触发器U5:B整形后信号分两路，一路进入微处理器80C32的定时器T1，另一路进入D型触发器4013的时钟端CLK，由于D型触发器具有这样的特性即其数据端的高电平与低电平仅在时钟端CLK有一个上升沿时才能在输出端Q反应出来，使微处理器80C32的P10置高电平，开始测理，否则停止测量。而微处理器80C32的定时器T0工作在方式2时，作为一秒定时器，计数器T1工作在方式1时作为测周期信号fs的计数器，定时器T2工作再装入方式时用来计量转速变化的时间间隔△t，无论何时开始测量都能保证在下一个所测信号周期上升沿才开始下列工作定时器T0计时，定时器T2计时，计数器T1对信号周期计数；测量结束，无论何时发出测试结束指令，都一定要在发出测试结束指令后的下一个信号周期上升沿才真正能结束测试，所以使用D型触发器4013与MPU 80c32的硬件连接，将定时器T0、T1、T2，外中断INTO、INTI以及P10、P11巧妙地结合起来，可有效地防止信号周期的丢失，准确地测出转速f，提高测量的精确度。当晶振频率为12.000000MHZ,T0定时器为1秒时，可使转速信号fs的测量准确度达10-6，当转速转换系数N≥10时，相应的转速测量误差为±0.1～±1.0H2，动态功率测量误差为±0.5W。
权利要求1．一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪，它包括一个机壳(6)和安装在机壳(6)内的由信号处理电路单元(1)、转速与动态功率测量同步电路单元(2)、微处理器及外围扩展电路单元(3)、驱动与显示电路单元(4)组装成的测量电路板以及安装在机壳(6)内分别与测量电路板上的各电路单元连接的电源变换单元(5)，其特征在于转速与动态功率测量同步电路单元(2)为一个D型触发器4013，微处理器为80C32。
2．根据权利要求1所述的一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪，其特征在于所说的微处理器及外围扩展电路单元(3)中的外围扩展电路是一片27C32和一片8155组成，所说的驱动与显示电路单元(4)是由驱动电路4511和显示电路LC5011组成。
3．根据权利要求1所述的一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪，其特征在于所说的微处理器及外围扩展电路单元(3)中的外围扩展电路是一片PSD311，所说的驱动与显示电路单元(4)是由驱动电路7211和显示电路EDS805组成。
4．根据权利要求1所说的一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪，其特征在于所说的驱动与显示电路单元(4)是由驱动电路4511和显示电路LC5011组成，所说的微处理器及外围扩展电路单元(3)中的外围扩展电路是27C32。
专利摘要本实用新型公开一种高速旋转机械的转速与动态功率测试仪。它包括信号处理电路单元、转速与动态功率测量同步电路单元、MPU与外围扩展电路单元、驱动与显示电路单元、电源变换单元,其特征是转速与动态功率测量同步电路单元为D型触发器4013,MPU为80c32,它们将来自信号处理电路单元的转速信号进行实时采取与运算,并在驱动与显示电路单元上实时地显示出转速与动态功率。测量精度高,转速信号的测量准确度可达到10
文档编号G01D21/02GK2311757SQ97216010
公开日1999年3月24日 申请日期1997年5月21日 优先权日1997年5月21日
发明者徐永根, 李俊珠, 李文桥, 彭树文 申请人:核工业理化工程研究院