專利名稱：高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種測量儀器，具體涉及一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率的測量儀器。
目前，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速在0～10萬轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)高精度地測量其轉(zhuǎn)速并同時測出其動態(tài)功率的儀器國內(nèi)未見報道，國際上因保密不公開。通常只能用頻率計或計數(shù)器測旋轉(zhuǎn)頻率或周期，經(jīng)公式換算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，測量精度低。為了測出某一轉(zhuǎn)速附近的動態(tài)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)在某一轉(zhuǎn)速開始升速幾周，用秒表測出升速這幾周所需時間，按已知的公式計算出升速功率；(2)在某一轉(zhuǎn)速斷電、自由降速幾周，用秒表測出降這幾周所需時間，亦用同樣的公式算出摩擦功率。測量既慢又不準(zhǔn)確。
本實用新型的目的是研制一種能高精度地測量高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率的測試儀。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀，它包括一個機(jī)殼和安裝在機(jī)殼內(nèi)由信號處理電路單元、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元、微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元、驅(qū)動與顯示電路單元組裝成的測量電路板，以及安裝在機(jī)殼內(nèi)分別與測量電路板上的各電路單元連接的電源變換單元，其中轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元為一個D型觸發(fā)器4013，微處理器為80C32。
本實用新型為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究與運行提供一種以微處理器為核心的智能測量儀。只要在被測的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，將轉(zhuǎn)速信號按要求引入本儀器，就能高精度地測出高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與全速范圍內(nèi)的動態(tài)功率即升速功率與摩擦功率，并將轉(zhuǎn)速值與動態(tài)功率值在LED或LCD顯示器上實時顯示出來。而D型觸發(fā)器的特性是僅當(dāng)其時鐘端CLK有一個上升沿時，其數(shù)據(jù)端D的高電平與低電平才能在其輸出端Q反應(yīng)出來，開始測量，否則停止測量，將D型觸發(fā)器與微處理器連接，使其定時器T0、T1、T2、外中斷INTO、INTI以及P1.0、P11巧妙地結(jié)合起來，可有效地防止信號周期的丟失，從而保證測量的高精度。當(dāng)晶振頻率為12.000000MHz,T0定時器定時為一秒時，可使轉(zhuǎn)速信號fs的測量準(zhǔn)確度達(dá)10-6，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速測量誤差為±0.1～±1.0Hz，動態(tài)功率測量誤差為±0.5W。
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做具體描述

圖1為本實用新型一種機(jī)殼結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為測量電路原理框圖；圖3為微處理器控制電路單元原理圖4為一種驅(qū)動電路單元原理圖；圖5為一種顯示電路單元原理圖；圖6為一種動態(tài)功率測量軟件框圖。
如圖1所示，一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量儀，它包括一個機(jī)殼6和安裝在機(jī)殼6內(nèi)的由信號處理電路單元1、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元2、微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元3、驅(qū)動與顯示電路單元4組裝成的測量電路板，以及安裝在機(jī)殼6內(nèi)分別與測量電路板上的各電路單元連接的電源變換單元5。其中機(jī)殼6面板上開有測量結(jié)果顯示窗8，設(shè)有電源開關(guān)9、復(fù)位開關(guān)10、轉(zhuǎn)速測量開關(guān)11、動態(tài)功率測量開關(guān)12，機(jī)殼6上還設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器信號輸入插座7。測量電路板上的信號處理電路單元1、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元2、微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元3、驅(qū)動與顯示電路單元4、以及電源變換單元5的硬件連接原理如圖2所示。其中，信號處理電路單元1、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路2、微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元3組成微處理器控制電路單元，其連接如圖3所示；驅(qū)動與顯示電路單元4原理分別如圖4和圖5所示。如圖3所示，信號處理電路單元1主要由取樣電阻R5,PAG103和LM358放大器、U5施密特觸發(fā)器組成；轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元2為-D型觸發(fā)器4013；微處理器(MPU)為一片80c32，具有三個定時器，即T0、T1和P11/T(即T2)，其外圍擴(kuò)展電路為一片27c32和一片8155組成，也可以采用一片PSD311。如圖4和圖5所示，驅(qū)動與顯示電路單元4中驅(qū)動電路單元用4511或7211，相應(yīng)的顯示電路單元用LC5011或EDS805。根據(jù)選用的電路，采用相應(yīng)的交(或直)流電源變換。本實用新型根據(jù)應(yīng)用場合需要可設(shè)計成三個型號，即臺式測試儀，由一個五位數(shù)碼管顯示，轉(zhuǎn)速與功率通過切換顯示，其外圍擴(kuò)展電路是27C32，驅(qū)動電路是4511，顯示電路是LC5011；箱柜插入式測試儀，由二個五位數(shù)碼管同時分別顯示轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率，驅(qū)動電路和顯示電路同臺式測量儀，外圍擴(kuò)展電路是27C32與8155；手持式測試儀，由一個四位液晶切換顯示轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率其外圍擴(kuò)展電路是PSD311，驅(qū)動電路是7211，顯示電路是EDS805。其中手持式測試儀功耗低、體積小，攜帶使用方便，全部電路除采用CMOS器件外，外圍擴(kuò)展電路采用了PSD311，其它二種型式的測試儀均采用220VAC供電的高亮度數(shù)碼管顯示。
本測試儀的測量過程如下從安裝在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的速度傳感器產(chǎn)生的表征轉(zhuǎn)速的周期性信號fs，進(jìn)入信號處理電路1，由測量輸入電阻R5取樣，經(jīng)放大器PAG103和LM358放大，再經(jīng)施密特觸發(fā)器U5:A和U5:B整形后進(jìn)入轉(zhuǎn)速與功率測量同步電路單元2和微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元3，通過相應(yīng)軟件對輸入的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行采集與運算，將運算結(jié)果送往驅(qū)動與顯示電路單元4進(jìn)行顯示。
轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率計算公式如下f=fs/N (1)P=4π2Jf0t1-3(t2-t1)/△t (2)式中，f為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)；fs為由T1定時器/計數(shù)器測出的從裝在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的轉(zhuǎn)速傳感器送出的表征轉(zhuǎn)速的周期性信號數(shù)(Hz)；N為轉(zhuǎn)換系數(shù)，即高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械每轉(zhuǎn)一周送出的周期性信號數(shù)，采用不同的轉(zhuǎn)速傳感器，N值不同，通常N=1～500；J為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動慣量(Kg-m2)，可事先通過計算算出或通過試驗測出；f0為定時器T0定時1秒測得的周期信號個數(shù)(Hz)；t1為開始測量后定時器T0根據(jù)計數(shù)f0測得的時間間隔(秒)；t2為經(jīng)延時后定時器t0根據(jù)計數(shù)f0測得的時間間隔(秒)；△t為從t1開始測量到t2開始測量之間由定時器T2測得的時間間隔(秒)。
按公式(2)進(jìn)行運算的一種程序框圖如圖6所示。由圖3可以看出，施密特觸發(fā)器U5:B整形后信號分兩路，一路進(jìn)入微處理器80C32的定時器T1，另一路進(jìn)入D型觸發(fā)器4013的時鐘端CLK，由于D型觸發(fā)器具有這樣的特性即其數(shù)據(jù)端的高電平與低電平僅在時鐘端CLK有一個上升沿時才能在輸出端Q反應(yīng)出來，使微處理器80C32的P10置高電平，開始測理，否則停止測量。而微處理器80C32的定時器T0工作在方式2時，作為一秒定時器，計數(shù)器T1工作在方式1時作為測周期信號fs的計數(shù)器，定時器T2工作再裝入方式時用來計量轉(zhuǎn)速變化的時間間隔△t，無論何時開始測量都能保證在下一個所測信號周期上升沿才開始下列工作定時器T0計時，定時器T2計時，計數(shù)器T1對信號周期計數(shù)；測量結(jié)束，無論何時發(fā)出測試結(jié)束指令，都一定要在發(fā)出測試結(jié)束指令后的下一個信號周期上升沿才真正能結(jié)束測試，所以使用D型觸發(fā)器4013與MPU 80c32的硬件連接，將定時器T0、T1、T2，外中斷INTO、INTI以及P10、P11巧妙地結(jié)合起來，可有效地防止信號周期的丟失，準(zhǔn)確地測出轉(zhuǎn)速f，提高測量的精確度。當(dāng)晶振頻率為12.000000MHZ,T0定時器為1秒時，可使轉(zhuǎn)速信號fs的測量準(zhǔn)確度達(dá)10-6，當(dāng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換系數(shù)N≥10時，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速測量誤差為±0.1～±1.0H2，動態(tài)功率測量誤差為±0.5W。
權(quán)利要求1．一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀，它包括一個機(jī)殼(6)和安裝在機(jī)殼(6)內(nèi)的由信號處理電路單元(1)、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元(2)、微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元(3)、驅(qū)動與顯示電路單元(4)組裝成的測量電路板以及安裝在機(jī)殼(6)內(nèi)分別與測量電路板上的各電路單元連接的電源變換單元(5)，其特征在于轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元(2)為一個D型觸發(fā)器4013，微處理器為80C32。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀，其特征在于所說的微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元(3)中的外圍擴(kuò)展電路是一片27C32和一片8155組成，所說的驅(qū)動與顯示電路單元(4)是由驅(qū)動電路4511和顯示電路LC5011組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀，其特征在于所說的微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元(3)中的外圍擴(kuò)展電路是一片PSD311，所說的驅(qū)動與顯示電路單元(4)是由驅(qū)動電路7211和顯示電路EDS805組成。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀，其特征在于所說的驅(qū)動與顯示電路單元(4)是由驅(qū)動電路4511和顯示電路LC5011組成，所說的微處理器及外圍擴(kuò)展電路單元(3)中的外圍擴(kuò)展電路是27C32。
專利摘要本實用新型公開一種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測試儀。它包括信號處理電路單元、轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元、MPU與外圍擴(kuò)展電路單元、驅(qū)動與顯示電路單元、電源變換單元,其特征是轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率測量同步電路單元為D型觸發(fā)器4013,MPU為80c32,它們將來自信號處理電路單元的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行實時采取與運算,并在驅(qū)動與顯示電路單元上實時地顯示出轉(zhuǎn)速與動態(tài)功率。測量精度高,轉(zhuǎn)速信號的測量準(zhǔn)確度可達(dá)到10
文檔編號G01D21/02GK2311757SQ97216010
公開日1999年3月24日 申請日期1997年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月21日
發(fā)明者徐永根, 李俊珠, 李文橋, 彭樹文 申請人:核工業(yè)理化工程研究院