心及负载轴心同轴.这就要求对各轴间的同心度、 平行度、轴端面的垂直度均有很高的要求;
还要考虑振动对扭矩仪的影响,否则,扭矩仪的扭 力轴会产生附加力矩,不仅会影响测量精度,还会造 成轴的疲劳损伤.
因此,扭矩仪的安装应严格遵照说明书的要求并 由熟练的技术人员进行.
第六章 转速、扭矩、功率测量
转速、扭矩、功率是柴油机运转工况的关键数据, 是表征动力机械性能的重要技术参数.
船舶柴油机运行监测以及开发新型柴油机,需要对 转速、扭矩、功率参数进行准确测量.
本章结合柴油机运行监测和实验室的使用条件,介 绍:
一、转速测量 二、功率测量 三、扭矩测量

第一节 功率测量
有效功率Pe是柴油机最重要的性能参数之一,有效 功率的测定属于间接测量。如测出输出轴上的扭矩
利用电磁感应原理测量定 长扭力轴两截面上所产生的 扭转角的相位差来计算扭矩.
被测轴相距L的两截面,装
相同的齿形转轮及径向上安
装感应式脉冲信号发生器.
转轮旋转时,每个齿顶和齿谷引起信号发生器磁路 的磁通变化,使信号发生器产生一个电磁感应脉冲信 号.
轴未受扭矩作用时,两转轮相对扭转角为零,两信号 发生器输出的脉冲信号相位相同；
第二节、扭矩仪
实际运行中的柴油机,扭矩仪是主要的测扭矩设备。
工作原理：
弹性轴在扭矩作用下的扭转变形量用相邻两截面的
相对扭转角来表示，

G
L Jp
Me
L两截面的距离；G剪切弹性模数；Jp轴断面的惯性矩；Me轴的扭矩
对某一扭轴,其基长、几何形状、材料、尺寸确定
后, 与Me呈线性关系: k M e
摩擦阻力矩,将内燃机的输出功率转变为热量消耗掉, 同时完成扭矩测量.
工作时水由转盘带动而获得动 量矩并传递给外壳.由柴油机驱 动转子的扭矩以一个相同量作用 到外壳上,固定在外壳上的力臂 把力矩转换为力而作用于测力机 构.
工作水在在传递扭矩过程中因 摩擦变成热能,为了不使水温过 高,水要不停地流过制动器.
和转速,则有效功率:
Pe

M en 9550
(kw)
Me－柴油机的输出扭矩，Nm
n－柴油机输出轴的转速，r／min
测量输出轴扭矩设备: 1、吸收功率型(测功器):
吸收柴油机发出的全部功率,如水力测功器、电 力测功器,用于台架试验。 2、不吸收功率型(扭矩仪)：
利用输出轴扭转变形来测量扭矩,也称传递式测功 器,如钢弦式扭矩仪、电阻应变式扭矩仪。
定子装励磁线圈和涡流环；
转子由带齿轮状凹凸形的感应子和转轴构成.
励磁线圈通电,周围 产生磁场,感应子齿顶 空气间隙小,磁通密度 大,齿槽空气间隙大, 磁通密度小.
工作原理： 利用电涡流的形成吸收内燃机的输出功率。 转子旋转时,穿过涡流环的磁通密度产生增减变化,
在涡流环中产生感应电势而形成电涡流,力图阻止磁 通变化,引起对感应子的制动作用,使定子绕自身摆 动轴承发生偏转并带动测力机构.
能吸收的最大功率.
线段D为最高转速线,受转动部件
离心力负荷的限制.
线段E为空载线,测功器没有充水时
所能吸收的最小扭矩和功率特性,阻力矩 由转子与空气的阻力和轴承的摩擦而产生.
柴油机的外特性曲线位于测功器的工作范围内.
二、电涡流测功器 1、结构与工作原理
主要由定子、转子、水冷却系统、力矩测量机构组成,
轴受扭矩作用时,轴两端截面间产生相对扭转角,两 感应式信号发生器输出的脉冲信号间出现与扭转角 成比例的相位差,测量电路测定出相位差可求得扭矩.
特点: 扭矩仪工作可靠,抗干扰能力强,稳定性好,测量
精度高,在试验中得到了广泛的应用.
安装要求: 由于扭矩仪是安装在柴油机与负载之间的仪器设
备,起着传递扭矩的作用。 安装时,扭矩仪的轴心线要绝对保证同原动机轴
通过测量输出轴、中间轴、特制的联轴节在扭矩作
用下的扭转变形,由变形的大小来确定扭矩值。
测量输出轴扭转角的方法: 钢弦式、电阻式、光电式、磁电式、电感式等。
1、钢弦式扭矩仪 原理:
利用钢弦振动频率的平方变化与钢弦两端受力成正 比特点,通过测量钢弦振动频率变化来显示被测轴的 扭矩.
两只卡盘固定在被测弹性扭轴上,每只盘上有一凸 臂,钢弦两端分别安装在两个凸臂上,钢弦与扭转轴被 相对固定。
制动力矩的大小可以通过改变励磁线圈的电流来 调节.
测功器吸收的功率完全 转化为热能,要对涡流环和 励磁线圈周围通入水冷却.
2、测功器的特性曲线 功率特性曲线和相应的扭矩特性曲线.
0-1:激磁电流增到最大,吸收功率随转速的增长线, 达到1点时,由于励磁线圈额定值的限制不再增长。 1-2:受限于涡流环的发热. 2-3:受限于转速.
测功器通常按制动器工作原理的不同来分类,水力测 功器和电涡流测功器是目前用得最多的两类测功器.
一、水力测功器
用水作为工作介质而产生制动力矩以测量功率的装置.
1、结构和工作原理
主体为水力制动器, 由转盘和外壳组成.
外壳用滚动轴承支撑在支架上, 可自由摆动;
转盘被封闭在外壳内,其间充 以水.
工作原理: 利用在水中旋转的物体,是水产生涡流运动,形成
阻力矩的大小可通过调节进、 出水量来控制.
2、水力测功器的特性曲线 特性曲线表明了工作范围,5段线:
线段A为测功器在最大负荷调节位置
(最大水层厚度)时的性能曲线.
线段B为最大制动扭矩限制线(受转
动部件的强度限制). 提高转速来增加 吸收功率,此时需减少水层厚度.
线段C为测功器出水温度达到最大 允许值的功率限制线,即测功器所
在扭矩作用下轴发生弹性变形,两卡盘间产生相对角 位移,固定在凸臂 上的钢弦长度发生 变化,改变了钢弦 的固有频率.
弹性轴自由状态时测得钢弦固有频率为f0,受扭矩 作用时的频率为f,则
Me

K( f
2

f
2 0
)
K是由弹性轴的刚度、钢弦的尺寸及扭矩仪特性等决定的仪 表常数 。
2、相位差式扭矩仪 原理：
测功器 功能:
柴油机在台架试验中用测功器来测量输出扭矩,此时 测功器作为负载,并通过测功器对测定工况进行调节. 结构:
测功器由制动器、测力机构和测速装置等部分组成. 制动器调节柴油机的负载,并同时把所吸收的柴油机 功率转化为热能或电能. 测力机构和测速装置则分别测量柴油机输出扭矩及其 相应的输出轴转速.现代测功器还有一套自动调节和控 制系统. 类型: