车辆发动机转速测量及应用

转速是发动机最重要的状态参数之一。发动机的机械损失和零件的机械负荷与热负荷等均与转速有直接关系。在进行发动机台架试验或实际使用发动机时，首先要测量（或了解）的参数就是发动机的转速，根据转速和曲轴输出扭矩，即可计算发动机的有效功率。另外，发动机转速的特定值也能反映发动机的技术状况。例如，若最低稳定转速明显高于给定值，则说明发动机燃油供给系统机件（如喷油泵、调速器或喷油器等）存在某些故障；在给定条件下，若发动机最高空转转速明显低于规定值，则表明发动机燃油供给系统存在故障现象，或者发动机的机械损失偏大（摩擦损失增加、泵气损失加大或附件耗功增加）。

转速测量是一项较为成熟的技术。早期有机械转速表，其利用元件的离心力感受转速的变化并通过指示机构指示。在装甲车辆发动机上多使用电动式转速表，例如某型装甲车辆柴油机的转速表就是由一个小型三相交流发电机和相关电路与表头组成的。现代车辆发动机一般在机体上对应飞轮处安装一个转速传感器，将脉冲信号送至发动机电控单元，电控单元根据脉冲信号计算出发动机的转速，并根据转速大小发出相应的控制信号，同时将转速的数值显示在仪表盘上。

转速测量装置按固定方式可分为固定式和便携式（手持式）两类。发动机试验台上一般使用固定式，实车检测时则根据具体情况选择。转速测量装置主要由感受转速元件（传感器）、信号处理与显示部分组成。便携式转速测量装置将两者集成，成为一个转速表；而固定式转速测量装置，其传感器和信号处理与显示部分一般是分置的。

按转速测量原理，可将转速测量传感器分为光电式转速传感器、磁电式转速传感器、反射式红外转速传感器。

1.光电式转速传感器

光电式转速传感器分为照射式和反射式两种。光电传感器是将光能转化为电能的一种传感器，它是利用某些金属或半导体物质的光电效应制成的。当具有一定能量的光子投射到这些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连的闭合电路中电流变化，从而实现光－电转换。光电式转速传感器由光源、光电管等组成，如图3－1所示。

图3－1　光电式转速传感器

（a）双光头照射式；（b）单头反射式
1，7—光源；2—遮光盘；3，8—光电管；4—透镜；5—分光镜；6—被测轴

光电式转速传感器（照射式）的遮光盘安装在被测转速的轴上，遮光盘上均布许多狭缝，测速时，遮光盘间断地遮住由光源射向光电管（光电传感器）上的光束，使光电管集电极电流发生交替变化。遮光盘每转一圈，传感器就发出与狭缝数目相同的脉冲信号。

光电式转速传感器（反射式）将光源与光电管合成一体，在被测轴的某一部位沿圆周方向均匀地涂上黑白相间的线条或贴上反光带，使光线的聚焦点落在被测轴的测量部分（线条区域）。当被测轴旋转时，聚焦点从反光面到无光面交替变动，光电管就随着光的强弱变化而产生相应的电脉冲信号。被测轴转一圈，传感器就发出与反光带数目相同的脉冲信号。(www.xing528.com)

2.磁电式转速传感器

把被测参数转换为感应电动势的传感器称为磁电传感器（也称感应式传感器）。磁电传感器是以导线在磁场中运动产生电动势的原理为基础的。根据电磁感应定律，线圈感应电动势的大小取决于穿过该线圈磁通的变化率，当线圈附近的磁阻发生变化时，线圈电动势随之而变。图3－2所示为磁电式转速传感器，在被测轴上安装一个磁轮（由导磁材料制成的齿轮）、线圈和永久磁头，安装在靠近齿轮外缘（约2 mm）的固定位置，每一个齿转过磁头时，磁通都会发生变化，线圈就产生一个感应电动势脉冲信号。被测轴转一圈，传感器就发出与齿数相同的脉冲信号。

图3－2　磁电式转速传感器

1—磁轮；2—永久磁头；3—线圈；4—线圈架

3.反射式红外转速传感器

反射式红外转速传感器与光电式转速传感器相似，所不同的是用红外线发射管取代光源，用红外线接收管取代光电管。图3－3所示为反射式红外转速传感器。

图3－3　反射式红外转速传感器

1—红外线接收管；2—半透膜；3—反光纸；4—转盘；5—红外线发射管

在被测轴圆周（或转盘）的表面贴一片专用反光纸，这种反光纸的一面均匀密布着很小的颗粒反光珠，使反射效果更好。测量时，红外线发射管发出红外线，经半透膜（透镜）反射到被测轴（或转盘）上反光纸所在的圆周区域，从该区域反射的红外线穿过半透膜照射到红外线接收管。当反光纸转到红外线照射的区域时，红外线接收管就收到较强的信号。如果在圆周上只贴一片反光纸，则被测轴每转一圈，传感器就发出一个脉冲信号。为增加反射差别，可将反光纸附近区域涂成黑色，并避免阳光直接照射。