数字式转速表测量与优化：SZG-20型数字转速表应用

转速是旋转体转数与时间之比的物理量，是描述各种旋转机械运动性能的一个重要参数。电工维修中常需要测量电动机及其拖动设备的转速，使用的是便携式转速表。转速表的种类很多，本节主要介绍离心式转速表和数字式转速表两种，其他表型不做重点介绍。

1.离心式转速表

（1）离心式转速表的结构

离心式转速表是一种机械式仪表，它由机心、变速器和指示器三部分构成，外形如图4-26所示，内部结构如图4-27所示。

图4-26 离心式转速表的外形图

图4-27 带一对重锤的离心式转速表机芯

1—重锤 2—离心器轴 3—固定套环 4—弹簧 5—活动套环 6—输入轴 7—传动机构 8—游丝 9—指针

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，离心器通过齿轮传动机构（变速器）从输入轴获得转速，重锤与弹簧组成转速表感应元件。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提升并压缩弹簧。离心力可用式（4-13）表示：

F=mrω² （4-13）

式中 m——重锤质量；

ω——旋转角速度；

r——重锤重心到旋转轴心的距离。

当转速一定时，套环向上的作用力与弹簧反作用力相平衡，套环将停在相应位置。随着转速下降，套环也向下移动。活动套环的下移通过传动机构传给指针，在表盘上指示转速值。由F=mrω²式可知，离心力F与旋转角速度的二次方成正比，是非线性关系，因而离心式转速表的表盘是不等分度的，离心式转速表表盘的制作通常是用实验的方法，以标准转速表的示值为依据进行刻度。

为减小转速表表盘分度的不均匀性，可恰当地选取转速表的各种参量及测量范围，利用其特性的线性部分。便携式转速表通常制成多量程的，即装有变速器，借以改变被测转速的量程。如LZ-60型离心式转速表具有以下量程：60～240、200～800、600～2400、2400～8000、6000～24000r/min，在这种转速表表盘上通常有两列度标，分别适用于两组量程。

（2）使用离心式转速表注意事项

1）转速量限的选择，首先将调速盘旋转到所要测量的转速范围内（即将调速盘上的刻度数值转到与表盘处于同一水平面），便可进行测量。若调速盘的数值在Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ档，则测得的转速应为分度盘外圈的数值再分别乘以“10”、“100”、“1000”。若调速盘的数值在Ⅲ、Ⅳ档，则测得的转速应为分度盘内圈的数值再分别乘以“10”、“100”。

2）操作时不能用低速档测高转速，应根据被测转轴的转速，选择调速盘的档数。若不知被测轴转速范围，可用高速档测量一个大概数值，然后用相应速度档进行测量。

3）转速表轴与被测旋转轴接触时，应使两轴心对准，动作要缓慢，同时要使两轴保持在一条直线上。

4）测量时，指针偏转与被测转轴旋转方向无关，表轴与被测旋转轴不要顶得过紧，以两轴接触时不产生相对滑动为准。

5）转速表在使用前应加润滑油（钟表油），可以从外壳和调速盘上的油孔注入。

2.数字式转速表

转速测量中使用的数字式转速表种类很多，按测量方式分接触式和非接触式，按使用方式又可分固定式和便携式。各种数字式转速表通常是由转速传感器和数字测量电路组成。数字式转速表测量准确度高、测量范围宽、使用方便、应用广泛。

图4-28 转速传感器

1—测速轴 2—测速盘 3—光源 4—光敏接收管

（1）数字式转速表的主要结构

1）转速传感器。转速传感器的作用是将转速信号变换成与之成正比的电脉冲信号，如图4-28所示。

测速轴与被测转轴接触，测速盘与测速轴固定，在测速盘的圆周上等距离地刻有60条窄缝。测速盘每转一圈，光源（红外发光管）通过测速盘上的窄缝，使红外光敏接收管产生60个光电脉冲信号。如果测速盘上只刻一条窄缝，测速盘转一圈只能得到一个电脉冲信号，要得到转速值，测量时间就需要1min，当测速盘刻60条窄缝后，测量时间仅需1s即可，如设转速为60r/min，即转轴每秒转一圈，所得到的电脉冲数正好是60。通过这样处理后，用测频率的电路就能测量出转速来。(www.xing528.com)

2）测量电路（电子计数式频率测量电路）。电子计数式频率测量电路是以电子计数器为核心，配以时间基准（如1s，0.1s等）对计数器计数值进行控制，从而获得单位时间内被测信号变化次数（即频率）。

①时间基准。电子计数式频率测量电路的时间基准信号通常由石英晶体振荡电路产生。石英晶体具有压电效应，接在振荡电路中，当振荡频率与石英晶体的固有机械谐振频率相同时，则振荡电路电流最大。石英晶体的固有机械谐振频率非常稳定，因此振荡电路的振荡频率也是非常稳定的。将振荡电路产生的频率信号送入分频器，经分频后，就可得到不同的时间基准信号，如图4-29所示。

图4-29中石英晶体振荡器产生1MHz的频率信号，经3级十分频后，得到1kHz的时基脉冲频率，其周期为1ms。再经3级十分频后，获得1Hz的时基脉冲频率，其周期为1s。这种准确的周期信号就是时间基准信号。

图4-29 产生时基信号电路框图

②测量原理。图4-30所示为转速测量原理框图。转速传感器送来的转速脉冲信号，由输入电路放大整形变成计数脉冲，经闸门（由与门电路构成）送计数器。由32768Hz晶体振荡器产生的频率信号经15级除2的分频器分频后，获得周期为1s的时基脉冲，送闸门控制信号形成电路，形成脉宽为1s的门控信号去控制闸门的开闭（即高电平1s，低电平1s）门控信号为高电平时，闸门打开，计数脉冲送入计数器。经1s后，门控信号变为低电平，闸门关闭，电子计数器停止计数。并将计数值送锁存、译码、显示。显示值就是输入脉冲的频率值，也就是转速表的转速值。

图4-30 转速测量原理框图

（2）数字式转速表的使用。

图4-31为SZG—20型数字转速表的外形及面板图。它的测量范围为25～25000r/min和2.5～2500r/min。五位数字液晶显示，采样时间为1s，自动连续采样。

面板上S₁为电源开关。S₂为工作选择开关，供测量或自校用。S₂拨到“自校”时，液晶显示值若为32768，说明仪表工作正常，将S₂拨到“测量”处即可进行测量。S₃为显示状态开关，在测量时拨到“寄存”处，读数为被测转速值。如果要保持测量结果，应在测量结束前将S₃拨到“停数”位置，此时即使切断仪表电源，测量结果仍能保持0.5min左右以便记录。重新测量时，仍需拨回“寄存”位置。此功能适用于测量环境窄小、光线较暗的场所。“CK₁”为外接信号插孔，对外来信号进行频率测量，测量范围为6～50kHz，外接转速传感器，可进行远距离测量。使用时应注意以下几点：

①选择合适的测量连接件，如橡皮接头，将其装在表轴端部，按下电源开关即可进行测量，当表轴与被测轴接触时，动作应缓慢，同时使两轴保持在一条直线上。

②测量时，表轴与被测轴不应顶得过紧，以两轴不产生相对滑动为准。测量结果与转轴旋转方向无关，并可直接读出转速值。

③当显示屏显示电源电压报警点时，表示仪表电池需要更换，若用镉镍电池则需要充电。

图4-31 手持数字测速仪

④仪表不能长期直接承受紫外线辐射，以免液晶显示屏加速老化。

3.盘装式转速表

ACT系列包括5种型号。所有两线或三线传感器都提供0～5VTTL或AC0～200mV、AC0～50V信号。对于所有型号而言，其传感器有光学式、红外式、激光、接近或磁性式。数值为小数或整数显示。

ACT系列转速表的技术参数见表4-19。

表4-19 ACT系列转速表的技术参数

4.传感器

在上述测量工作中传感器是非常重要的部件，传感器的技术参数表见表4-20，不同仪表的传感器选择见表4-21。

表4-20 传感器的技术参数

表4-21 不同仪表、传感器的选择