转速测量仪表原理

转速表在工业和交通运输等部门应用很广，通过对旋转机械转速的测量以监视或控制机械的运转。转速表的测量原理有:

①将转速变换成角位移（如离心式、磁性式转速表）;

②利用人眼视觉暂留的生理现象（如频闪测速仪）；

③将转速变换成电压（如测速电机）；

④将转速变换为电脉冲频率（脉冲式转速表）。

转速测量仪表类型

转速测量仪表离心式转速表

这种转速表是根据角速度与惯性离心力的非线性关系制成的，故称为离心式转速表。它的主要部件是离心摆和测量弹簧，与转轴偏置的重荷P在轴旋转时产生的离心力Q与转轴的角速度ω的平方成正比。测量弹簧在离心力作用下产生的变形，弹簧的伸长或缩短与作用在弹簧上的力成正比。此变形通过放大机构使指针转动，在度盘上指示出转轴角速度的大小。这种转速表结构简单、体积小、造价低，所以应用较广。它的测量范围为30～24000转/分，测量误差为±1%。

转速测量仪表定时式转速表

这种转速表是根据测量法制成的。即利用计时机构控制计数表机构，测量时间间隔和相应的转数，从而确定转速。因为测量转速的时间是一个确定值（3s或6s）。故称为定时式转速表。

转速测量仪表振动式转速表

这种转速表是利用特制弹簧片组与相应的转速谐振效应制成的，故称为振动式转速表。它是通过测量旋转机械所产生的周期振动来测量转速的。由于机械产生的振动波可以在钢铁等金属结构物中转速几十米至数百米，所以转速表可以测量远距离的井下电机（泵）的转速。转速表在各油田中应用广泛，它有着其它结构转速表不可替代的优越性。

由于振动式转速表结构的特殊性，转速表不能在标准转速发生装置上测试，转速表的测试只能在校准振动台上进行。

转速测量仪表磁电式转速表

磁电式转速表包括磁感应式转速表、电动式转速表和电谐振式转速表等．

磁电式转速表是根据非电量电测量的原理制成的。在航海、航空等方面应用很广，这种转速表的优点：精度较高、能够远距离测量，并且能够在若干个位置上同时观察同一个轴的转速，即把装在各个位置上的测量仪器联接到同一个转速传感器上，这对于船舰和飞机操纵是非常必要的。

在磁电式转速表上使用的转速传感器有直流发电机式、有交流发电机式、有光电式及其他型式。转速传感器联接到被测转速的轴上，当被测轴旋转时，传感器所产生的电流、电压等，再利用电测量仪器进行测量。

图1 磁电式转速表原理

传感器主要由水久磁铁和感应线圈所组成，磁铁通过软轴与动力设备联接。当磁铁被带动旋转后在线圈中感应电流，通过导线传输给指示器，经过降压整流后带动广角度电流表指示被测转速。

转速测量仪表频闪式转速表

这种转速表是根据频闪测速原理制成的。故称为频闪式转速表，。

其工作原理是：利用机械光栏或电控的周期性明灭光源来照明被测转轴，预先在被测轴上设有标志，当光源闪光频率调节到与被测转速相等或成整数倍数时，被测轴上的标志看上去是静止的，由此可以测得被测转速。这种转速表是非接触式测量仪表，因而特别适用于低功率的被测对象；另外，它的测量精确度高，所以可作为基准仪器使用。它的测量范围一般为300～21000转/分，测量误差为0.03～0.5%。

转速测量仪表脉冲式转速表

这种转速表是利用电子计数原理制成的。把被测转速变换成电脉冲频率信号后进行测量的转速表。它由转速传感器、测量电路和指示器等部分组成。转速传感器将被测转速变换为脉冲频率信号。转速传感器按作用原理分为光电式、磁电式和霍尔式等。光电式转速传感器具有测量精确度高、输出信号便于远传和处理等特点，上限工作频率为 30～100千赫（被测转速与传感器每转输出脉冲数的乘积）。用转速传感器和数字显示仪组成的数字式转速表的测量误差小于0.01%。

转速测量仪表典型结构组成

转速测量仪表离心式转速表

图2 离心式转速表

离心式转速表主要由机心、变速器和指示器三部分组成，如下图所示。

重锤利用连杆与活动套环及固定套环连接，固定套环装在离心器轴上，离心器通过变速器从输入轴获得转速。另外还有传动扇形齿轮、游丝、指针等装置。

当离心器旋转时，重锤随着旋转所产生的离心力通过连杆使活动套环向上移动并压缩弹簧。当转速一定时，活动套环向上的作用力与弹簧的反作用力相平衡，套环将停在相应位置。同时，活动套环的移动通过传动机构的扇形齿轮传递给指针，在表盘上指示出被测转速的大小。显然，转速表指针的偏转与被测轴旋转方向无关。

图3 离心式转速表实物

离心式转速表的外形如下图所示。为使转速表与被测轴能够可靠接触，转速表都配有不同的接触头。使用时可根据被测对象选择合适的接触头安装在转速表输入轴上。

转速测量仪表振动式转速表

图4 振动式转速表

振动式转速表如图4所示。

其感应元件是一组固定在夹板上的弹簧片。数只弹簧片固定在同一夹板上。一只转速表通常由2-3个夹板组成。每只弹簧片一端成直角型，前面涂有白漆，便于在测量中观察。后面焊有配重锡块，该端呈自由状态。另一端由夹板固定。弹簧片固有频率的高低取决于它的长度、厚度和自由端的质量。

当电机（泵）转动而产生的振动波通过金属结构物（如管道）传给转速表，将激发转速表中某一个簧片产生谐振。此时转速表即可指示出被测转速的转速值。

转速测量仪表光电式转速表

图5 光电式转速表

它是由装在轴上的带孔或缝隙的旋转盘（光电编码盘），光源，光接收器等组成，输入轴与被测轴相连接。光源发出的光通过缝隙旋转盘照射到光敏器件上，使光敏器件感光并产生电脉冲。转轴连续转动，光敏器件就输出一系列与转速及带缝隙旋转盘上缝隙数成正比的电脉冲数。在指示缝隙数一定的情况下，该脉冲数和转速成正比。

图6 光电式转速表实物^[1]

当带缝隙的旋转盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的相同，因此带缝隙旋转盘每转一周，光敏器件输出与之相等的电脉冲，根据测量时间内的脉冲数就可测出测速。下图是一种光电式转速表的实物。