大型机械驱动扭矩测量和可追溯性

对于海洋工业,高精度测量对于检定效率并符合严格的环境条例是至关重要的。轮船发动机的优化依赖于高精度,高可靠的扭矩测量,可以显著节省能源,尤其对于大型的船舶发动机来说。

驱动功率可以通过对发动机和驱动端的扭矩 Ϻ 以及角速度 ω 进行简单计算即可获得,公式如下(1):

 

 


精确的扭矩信息能够对机械驱动系哦他能够进行精确控制。这可以对燃烧发动机(例如,多燃料或气体发动机)进行监测,以确保在其最佳工作窗口,这有助于避免爆震,死火,超载的发生的操作,并减少燃料消耗,以及[1]。

Torque can be measured directly or indirectly:

直接扭矩测量

直接扭矩测量采用一个内联扭矩传感器作为驱动轴的集成部分(参照图2)。扭矩传感器已经在厂家标定过。传感器可以随时安装,拆除,替换和再标定。

间接扭矩测量

圆柱轴的间接扭矩测量涉及相关参数和随后的计算

a) 测量输入轴表面的应变。应变片被黏贴在轴上并组成一个测量电路。桥路激励电压的传输和测量信号都是非接触式的。

b) 另外一种扭矩测量方法是测量轴的扭转角度

这两种理论提供多种优势,例如对现存系统翻新。根据安装质量和使用的部件,由于容差的原因,随后计算出的扭矩值有相当高的不确定性(见表1)

标定和可追溯性

为确保驱动功率和效率的精度复合船舶工业苛刻的环境条例,除了大扭矩的测量,物理量的标定和可追溯性也非常重要。一般来说,扭矩标定采用 杠杆臂/静重 系统和参考扭矩传感器来进行。

  • 杠杆臂/静重 系统:砝码施加到杠杆臂上,高精度的扭矩将产生。
  • 第二种技术,是采用参考用力传感器和一个杠杆臂[2]
  • 第三种采用参考扭矩传感器,其提供参考扭矩值。扭矩可以采用多种机制来产生,并通过参考扭矩传感器来进行测量。

HBM 最新的扭矩标定机

为复合这些要求,最新的标定机 (见图 3)采用参考扭矩传感器来提供参考扭矩。

定制的 T10FH/150 kN•m 和 T10FH/400 kN•m torque transducers 被用作参考传感器。由于采用了两个高精度参考传感器,测量的不确定性可达 0.1 %。这一切都归功于这些扭矩传感器符合德国国家标准(见可追溯性金字塔,图4)

安装德国国家标准,标定设备的最高等级被成为“扭矩标准机”(PTB 拥有),400 kN•m 标定机的可追溯性为 0.08%。

采用高精度的参考扭矩传感器,计算出的功率和效率精度比船舶工业所需的环境条例精确性高出 10倍。

References

[1] K. Weissbrodt, Direct torque measurement on large drives with very small tolerances, Paper Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (2011)

[2] R. Schicker and G. Wegener, Measuring Torque Correctly. Bielefeld: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH. (2002)

[3] Davis, F.A. The 1st UK National Standard Static Torque Calibration Machine-New Design Concepts Lead The way. Measurement Science Conference in Anaheim, USA. (2002)

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