劉成立

【摘 ?要】本文從測速原理、數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換方式、安裝使用注意、適用對象及精度四方面探討了在水泵測試中光電測速法、霍爾測速法、感應線圈法、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速法的應用，闡述了這四種方法的優(yōu)缺點。

【關鍵詞】水泵測試;轉(zhuǎn)速測量

引言

在水泵的性能測試過程中，實測數(shù)據(jù)均需按實測轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比例關系轉(zhuǎn)換后再計算泵的性能數(shù)據(jù)，所以轉(zhuǎn)速是水泵性能測試中除流量、揚程、功率等性能參數(shù)以外另一重要的特性參量，水泵的工作狀態(tài)和工作能力都與它存在緊密的聯(lián)系，因此準確測量水泵的轉(zhuǎn)速具有十分重要的意義[1]。

轉(zhuǎn)速測量的方法分為兩大類：直接測量法和間接測量法。直接測量法即直接觀測機械或電機的機械運動，測量特定時間內(nèi)機械運轉(zhuǎn)規(guī)律從而測出機械運動的轉(zhuǎn)速，包含接觸式和非接觸式2種。間接法是因為機械或電機機械運動而產(chǎn)生變化的其他物理量與轉(zhuǎn)速之間的關系來間接確定轉(zhuǎn)速。

本文僅對水泵測試系統(tǒng)中現(xiàn)在比較常用的測速方法進行探討、分析和比較，常用測速方法有直接測量法中的非接觸式（主要包括光電測速法和霍爾測速法這2種）和間接測量法中的感應線圈法和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速法。

1光電測速法

1.1測速原理：光電傳感器，其原理是靠光強度的變化引起電流的變化。在泵軸上，貼上一片反光效果非常好的紙片，隨著電機轉(zhuǎn)動，光電傳感器朝向反光紙時，會接收到反光紙的反射光線所以其光敏三極管的光電流就增加，傳感器朝向沒有反光紙時其無法接收到反射光或反射光線特別弱，所以其光電流就減少，如此泵軸旋轉(zhuǎn)一圈就會形成一個脈沖信號[2]。

1.2數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換方式：脈沖信號輸出到與光電傳感器配套使用的轉(zhuǎn)速顯示表轉(zhuǎn)換成4-20mA等模擬量信號輸出到PLC中或脈沖信號直接輸出到PLC高數(shù)計數(shù)模塊，在PLC內(nèi)換算即可得到實時轉(zhuǎn)速，其基本轉(zhuǎn)換計算公式為轉(zhuǎn)速n=N/t，在時間t內(nèi)測量得到的脈沖數(shù)為N。因信號經(jīng)過顯示儀表時精度會有所下降，請首先考慮PLC直接采集信號的方式。

1.3安裝及使用注意：在旋轉(zhuǎn)軸外露部分黏貼反光片，將光電傳感器靠近并正對反光片，光電傳感器與貼紙間距根據(jù)傳感器自身要求而定（如：PT-M18-A3-010型間距為100mm以內(nèi)可調(diào)）。測試前請務必調(diào)整好間距，防止出現(xiàn)傳感器始終處于接收反射光狀態(tài)或接收不到反射光狀態(tài)，此時傳感器將無法正常測量。安裝簡單，成本較低。

1.4適用對象及精度：泵或電機旋轉(zhuǎn)軸有外露部分的地面水泵機組。轉(zhuǎn)速3000r/m時，精度可達±0.034%，轉(zhuǎn)速1500r/m時，精度可達±0.067%，轉(zhuǎn)速1000r/m時，精度可達±0.1%[3]。

2霍爾測速法

2.1測速原理：霍爾傳感器是一種磁傳感器，其原理是靠磁場的變化引起電流的變化[4]。在泵軸上粘貼一個小磁鋼片，霍爾傳感器靠近并正對小磁鋼片并固定，電機旋轉(zhuǎn)時，隨著磁鋼片的靠近和遠離霍爾傳感器產(chǎn)生的磁場會隨之變化從而轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出。

2.2數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換方式：脈沖信號一般直接輸出到與光電傳感器配套使用的轉(zhuǎn)速顯示表再轉(zhuǎn)換成4-20mA等模擬量信號輸出到PLC中，在PLC內(nèi)換算即可得到實時轉(zhuǎn)速。其基本轉(zhuǎn)換計算公式為轉(zhuǎn)速n=60/P/T;P為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù);T為輸出方波信號周期[5]。

2.3安裝及使用注意：在旋轉(zhuǎn)軸外露部分黏貼小磁鋼片（傳感器一般配套有），將霍爾傳感器靠近并正對磁鋼片，間距一般為3-5mm，間距過大則無法感應磁場，較光電傳感器間距要求較高，且傳感器分單極型和雙極性，單極性傳感器使用前需對磁鋼片的極性做好校對再固定，否則傳感器無法感應磁場，雙極性則不需要校對磁鋼片極性。安裝簡單，成本較低。

2.4適用對象及精度：同光電測速法。

3感應線圈法

3.1測速原理：在電動機上放置一只匝數(shù)較多的帶鐵芯的線圈，根據(jù)電磁感應原理，利用異步電動機的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中由切割磁力線產(chǎn)生感應電流的頻率即為電動機轉(zhuǎn)子頻率與電動機定子電壓頻率兩者的轉(zhuǎn)差頻率f2和定子磁場的頻率f1為供電電源頻率。

3.2數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換方式：頻率信號輸出到與線圈配套使用的頻率測試子站，子站再通過RS232口與電腦相連，最后在電腦上的配套軟件上顯示實時轉(zhuǎn)速或者子站直接通過RS232口通訊連接至PLC，然后在PLC內(nèi)經(jīng)過換算即可得到實時轉(zhuǎn)速。其基本轉(zhuǎn)換計算公式為轉(zhuǎn)速n=（f1-f2）*60/p，p為電機極對數(shù)。

3.3安裝及使用注意：將線圈緊貼固定在被試泵電機機殼的上部或下部（漏磁檢測信號較強部位），其轉(zhuǎn)差頻率測量有范圍要求（如銀河電氣DM4022-G型為0.1～5Hz），超出其范圍轉(zhuǎn)速測量將不準。安裝簡單，成本相比較光電（霍爾）測速法較高。

3.4適用對象及精度：一般泵或電機軸不外露水泵機組及所有液下泵的異步電動機，只要電機運行的定子頻率和轉(zhuǎn)差頻率在傳感器的測量范圍之內(nèi)即可。精度可達±0.1%。

4轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速法（磁電相位差式）

4.1測速原理是：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速一體的傳感器。其通過彈性軸、兩組磁電信號發(fā)生器，把被測轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號，這兩組交流電信號的頻率相同且與被測轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉(zhuǎn)矩成正比。

4.2數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換方式：傳感器自身輸出頻率信號，可直接輸出到與傳感器配套使用的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速顯示表或經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換模塊兩種方式轉(zhuǎn)換成4-20mA等模擬量信號輸出到PLC中，最后在PLC內(nèi)換算即可得到實時轉(zhuǎn)速。

4.3安裝及使用注意：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝固定于電機軸與泵軸之間，同軸度要求較高（如北京三晶JN338-50A型要求小于0.05mm）。因?qū)Σ煌碾姍C及泵傳感器需要不同的固定底座，安裝比較麻煩，成本較感應線圈法更高，由于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速法主要是在測量泵軸功率方面精度優(yōu)勢比較好，所以一般只在需要準確測量泵軸功率時才采用該方法。

4.4適用對象及精度：電機軸和泵軸之間可安裝轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的水泵機組。精度可達±0.1%。

5結(jié)束語

光電與霍爾測速法都具有成本低、體積小、性能好、安裝使用方便等優(yōu)點，所以在泵或電機旋轉(zhuǎn)軸有外露部分的地面水泵機組的水泵測試中使用普遍;感應線圈法很好的解決了泵或電機旋轉(zhuǎn)部件不外露、液下泵類轉(zhuǎn)速無法進行測量的難題;轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速法因其安裝使用較復雜且成本較高，其主要是在需要準確測量泵軸功率的情況下使用而同時可以測得轉(zhuǎn)速。以上幾種水泵測試中轉(zhuǎn)速測量方法在其他轉(zhuǎn)速測量領域也較常使用。

參考文獻：

[1]張勇.礦山多級離心式水泵運行參數(shù)檢測[1].遼寧工程技術(shù)大學，2007

[2][3]鄭夢海.泵測試實用技術(shù)（第二版）.機械工業(yè)出版社，2011

[4][5]鐘文才、范志華、蘇成貴、楊光.水泵檢測中兩種轉(zhuǎn)速測量方法的探討[A].吉林省農(nóng)業(yè)機械研究院，長春，2012

（作者單位：杭州博流科技有限公司）