CN87205307U - 电扇性能综合测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测量电扇(包括台扇、落地扇及换气扇)的风量及扭矩——转速特性的综合测量装置，它包括有风量测量仪(1)、扭矩测量仪(2)、测速光电头(3)及装有单板机的电控制台(4)。与对风量及扭矩转速特性分别进行单独测量的现有测量装置相比。

Description

电扇性能综合测量装置

本实用新型涉及一种测量电扇（包括台扇、落地扇、换气扇）的风量及扭矩——转速特性的综合测量装置。

现有对于电扇的风量及扭矩——转速特性的测量都是利用各自的测量装置分别进行的。台扇的风量测量按国标GB158－82的规定一般应在壁面光滑、气密性较好的风量室中利用两个风速表进行。测量时先分别测出各测量点（一般取15－16个测量点）的风速平均值，然后再算出各测量点的风速平均值与风速表所在位置的环面积的乘积之和即为该台扇的体积风量（立方米／分）。这种测量方法的缺点有三个。第一个缺点是测量时间长，测一次风量一般需要一个小时，即便采用步进电机来移动测量点，用光电头测风速，用计算机作自动计算的改进方案，测一次风量也需要20分钟左右。第二个缺点是测量的重复误差大，同一台风扇在不同的时间、地点、气候条件下测得的风量往往不同，风量的重复性误差为（2－10）立方米／分。第三个缺点是通用性差，不能用来测量换气扇等的风量。

换气扇的风量测量按轻工部标准SG395－85规定一般应在风洞中进行。测量时先测出风洞的静压、环境温度、压力和洞前流量孔板的静压差，再通过公式算出所测换气扇的风量，这种测量方法的缺点是投资费用高（约20万元）、占地面积大（60m²以上）、使用不方便，并且由于计算公式中的流量系数不易确定（它受流量孔板的加工精度影响很大）而影响了测量精度，这种测量方法的风量测量误差一般为（1～2）％。

现有对各种电扇的扇叶扭矩——转速特性的测量方法一般是先测出电机在不同电压下拖动扇叶的转速，再去掉扇叶，在相同转速与对应电压下测量负载力矩，从而测得扇叶的扭矩——转速特性（见82年4月“家电科技”中“电扇扇叶设计”一文）。这种测量方法的缺点是：操作不方便、效率低、精度差，并且不能模拟扇叶的真实运转条件。

本实用新型的目的在于提供一种通用性好、测量精度高、测量速度快、使用方便并且投资省的电扇性能综合测量装置。

下面结合附图来详细说明本实用新型的结构及其工作原理。

图1为本实用新型电扇性能综合测量装置的基本结构简图。

图2为风量测量仪的正视图。

图3为风量测量仪的侧视图。

图4为扭矩测量仪的结构简图。

图5为电控制台的工作原理框图。

本实用新型装置的基本结构如图1所示，它包括风量测量仪1，扭矩测量仪2，测速光电头3及带单板机的电控制台4等主要组成部分。

本风量测量仪测量电扇风量不是采用前已述及的使用常规风速表先测量风速、再计算出风量的方法，而是采用先测量出空气对电扇的推力、再计算出风量的方法从而取得了快速、高精度的测量效果。图2及图3就是本装置的风量测量仪的结构简图，它由上平台11及下平台5两部分组成，在上平台11的上表面固定着被测电扇（图中未示出），同时在上平台的中心位置开有一个小孔G，它刚好套在推力传感器7顶部的小轴上，推力传感器7定位并固定在下平台5的中心位置，它的引出线接在四芯插座8上。下平台5支撑在三个可调整风量仪水平的可调支座6上。为了保护传感器，在上、下平台上装有一个安全销12，仪器不工作时必须插上，以防止传感器因过载而产生永久变形。但在仪器工作时则必须拔出。在上平台的底面及下平台的上表面都对应的固定着由四块导轨9所组成的两条对称布置的平行轨道，上下轨道之间放有四颗钢球10（即每块导轨上放一颗钢球）。因此，上平台11可以带着被测电扇沿导轨作自由移动，钢球10的摩擦阻力很小，其值可通过标定予以修正。由于下平台上表面的四块导轨9均为V形导轨，而上平台底面的四块导轨9中，位于右侧的两块为V形导轨，位于左侧的两块导轨为平导轨，从而可以降低对于两条平行轨道的平行度要求。当被测电扇通电旋转时，空气对扇叶产生的推力就迫使传感器7发生变形而输出电讯号，电讯号通过连在插座8上的电缆线B（见图1）输入电控制台中。

扭矩测量仪2的结构简图见图4，它是利用φ400毫米的台扇电机改装而成的。其结构特点为把电机外壳27设计成如图中所示的均匀对称的形状，以消除附加力矩的影响，外壳27通过一个传力件32与扭矩传感器29直接相连接，它的前后两端分别支承在滚珠轴承28和扭矩传感器29上，因此，电机外壳27是可以迥转的，迥转时的摩擦阻力矩很小，并可通过标定予以修正，在电机转子轴30的前端装有可更换的小轴31，以便于不同孔径的扇叶使用，当被测电扇扇叶旋转时，转子上所受到的电磁扭矩Mc与扇叶上所受到的空气作用的扭矩Mz和转子的空转扭矩Mo（即摩擦阻力矩）相平衡，即Mc＝Mz＋Mo，与此同时，电机外壳27上也受到一个与Mc大小相等而方向相反的反作用电磁扭矩M’c。因而，使电机外壳27发生转动，将扭矩M’c传给了扭矩传感器29，扭矩传感器29在M’c的作用下发生变形而输出的电讯号通过连在插座33上的电缆线C输入电控制台4中（见图1）。

测速光电头3输出的转速电讯号通过电缆线A输入电控制台4中（见图1）。

电控制台4除了在面板上装有一些常规的仪表和指示灯外，其主要功能就是在电扇性能测量时对单板机进行操作，图5为电控制台4的测量工作原理框图，框图中的滤波器用以滤除电网来的干扰电压，直流电源用以变交流220V为直流±12V和±5V，其中±12V供通道放大器用，±5V供单板机用，＋5V供放大整形器及测速光电头用，框图中的单板机为WJB85－1型，它带有12位高精度的A／D变换器。单板机采样一次，就是进行一次A／D变换，即把放大器放大后的模拟量变成数字量并存入到程序指定的单板机RAM中。单板机工作就是在执行程序。风量、扭矩、转速等测量程序，均已事先编制好并固化在单板机ROM中。操作人员根据不同的测试项目，通过键盘操作，让单板机执行相应的程序。

风量测量程序中包括了风量Q跟推力T的计算式：

Q＝ (1016·71)/(b) ()/() (Af·T（273＋t）)/(Pat) 〔米³／分〕

式中：Af－电扇扇叶盘面面积 〔米²〕

T－空气作用在电扇上的推力        〔牛顿〕

t－测量时的环境温度        〔℃〕

Pat－测量时 环境大气压力 〔牛顿／米²〕（泊）

b－风量系数，对换气扇b＝1，

对台扇、落地扇b＝0.4

还包括了推力T跟风量仪输出的电讯号的关系式：

T＝K1U1＋C1        〔牛顿〕

式中：U1－风量仪的电讯号经放大器放大后的电压值〔mv〕

K₁、C₁为标定系数

扭矩测量程序中，包括了扭矩Mc跟扭矩仪输出的电讯号的关系式：

Mc＝K₂U₂＋C₂〔牛顿·米〕

式中：U₂－扭矩仪的电讯号经放大器放大后的电压值〔mv〕

K₂、C₂为标定系数

还包括了扇叶功耗Pf的计算式：

Pf＝ (πn)/30 Mc 〔瓦〕

式中：n－扇叶转速        〔转／分〕

操作人员在测量准备阶段，通过键盘把上述Af、T、t、Pat、b、K₁、C₁、K₂、C₂等参数输入到单板机RAM单元中。

进行风量或扭矩测量时，风量仪或扭矩仪输出的微弱电讯号，经过通道放大器放大后输入到单板机中。操作人员通过键盘启动风量测量程序（或扭矩测量程序）后，单板机先对被测讯号采样16次（约需20秒）并计算出平均值，然后再根据该测量程序中的关系式算出推力T、风量Q（或扭矩Mc、扇叶功能Pf），最后控制打印机把计算结果打印出来。

进行转速测量时，测速光电头根据扇叶遮光、扇叶间透光的原理，输出间断的脉冲电讯号，经过放大整形后变成方波再输入到单板机中。操作人员通过键盘启动转速测量程序，该程序先在20秒内计算出方波总数，然后再换算成每分钟的电扇转速，最后控制打印机把结果打印出来。

综上所述，本实用新型电扇性能综合测量装置的特点为：

1.通用性好：它可以在风量室和流水线上用于200、250、300、350毫米及400毫米扇叶的性能特性测量。即可给出电扇的风量Q、扇叶的功耗特性Pf＝f（n）及扭矩特性Mc＝f（n）。

2.测量精度高，由于单板机运算公式中已将温度、大气压等因素进行了修正，故测量所得数据可以消除温度和气压的影响。试验证明：本装置的风量重复误差为（1～2）立方米／分，而现有测量装置的风量重复误差为（2－10）立方米／分。

3.测量的速度快。与现有测量装置相比，本装置的扭矩测量速度提高约5倍，风量测量速度提高约（10－20）倍。试验证明：现有测量装置每测一点的Mc、n、pf值约需（5－10）分钟，每测一次风量约需20分钟，而本装置每测一点的Mc、n、pf值及每测一次风量均只需一分钟左右。

4.投资省，由于可省去进口风速表及风洞建设，约可节省投资15万元。

5.占地面积小，对换气扇风量测量来说，现有测量装置占地面积在60m²以上，而本装置只需占地20m²。

6.可用于电扇性能的科研试验工作。它可以同时打印出pf＝f（n）、Mc＝f（n）及Q＝f’（n）的数据，从而为研究电扇性能提供科学依据。

7.自动化程度高，劳动条件好，使用方便。可以大大减轻风量室测试工作量和操作人员劳动量。

实施例一。

杭州电扇厂使用本电扇性能综合测量装置，对10台φ400毫米的台扇进行了性能测试，其主要技术指标如下：

风量重复性误差（8次）：小于1立方米／分

扭矩精度：±1％

转速精度：±1转／分

其中扭矩曲线测量了十个点，共10分钟

实施例二。

苏州厨房用具厂使用本电扇性能综合测量装置，对20台φ250毫米的换气扇进行了性能测试，其主要技术指标如下：

风量重复性误差（8次）：小于0.01立方米／秒

扭矩精度：±1％

转速精度：±1转／分

实施例三：

北京电扇厂使用本电扇性能综合测量装置，对10台φ400毫米的落地扇进行了性能测试，其主要技术指标如下：

扭矩重复性误差：小于0.02牛顿一米

风量精度：±1％

转速精度：±1转／分

Claims (7)

1、一种用于测量电扇性能的综合测量装置，其特征在于：它包括有风量测量仪1、扭矩测量仪2、测速光电头3及装有单板机的电控制台4；风量测量仪1用推力传感器7来测量风量，扭矩测量仪2用扭矩传感器29来测量扭矩，用测速光电头3来测量转速；由推力传感器7、扭矩传感器29及测速光电头3所输出的电讯号，分别通过电缆线B、C和A输入电控制台4中，其中电缆线B和C中的电讯号先经过通道放大器放大再输入单板机中进行A/D转换，电缆线A中的电讯号先经过放大整形器把讯号放大并变成方波再输入单板机中进行转速测量，单板机根据事先标定好的推力-电讯号关系式、扭矩-电讯号关系式、风量计算式及扇叶功耗计算式，按照操作人员给定的测量程序自动进行运算，最后把风量Q、扭矩M_c、功耗Pf及转速n的运算结果自动打印在纸带上输出。

2、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：风量测量仪1中采用了小量程推力传感器7及滚珠导轨的结构。

3、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：风量测量仪1的上、下平台上装有一个安全销12。

4、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：下平台5支撑在三个可调整风量仪水平的可调支座6上。

5、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：扭矩测量仪2中的电机外壳27通过一个传力件32与扭矩传感器29直接相连接。

6、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：扭矩测量仪2中的电机转子轴30的前端装有可更换的小轴31。接相连接。

7、权利要求1中所述的电扇性能综合测量装置，其特征在于：扭矩测量仪2中的电机转子轴30的前端装有可更换的小轴31。

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