Công suất có ích động cơ có thể được đo bằng xoắn kế, trên một số tàu người ta bố trí hẳn bệ đo để xác định Ne. Ngày nay xoắn kế được sản xuất nhiều loại khác nhau về cấu tạo cũng như về nguyên lý làm việc (ví dụ xoắn kế quang học; xoắn kế dựa trên nguyên lý biến dạng, cảm biếu cảm ứng và xoắn kế âm học). Nhưng tất cả đều dựa trên cơ sở là đo góc xoắn (góc xoắn b đo bằng đơn vị radian, còn mô men xoắn Mx đo bằng MN.m). Mối quan hệ giữa Mx và b là mối quan hệ tuyến tính và được biểu thị bằng công thức:
Mx= (10.10)
trong đó
G - mô đun cắt của nguyên vật liệu, MPa.
I - mômen quán tính mặt cực của tiết diện trục, m Lb- Chiều dài cơ sở để đo góc xoắn, m.
Trong trường hợp chiều dài Lb cố định, thì Mx = A b
Hệ số A = GI/Lb
Sau khi xác định được mômen xoắn Mx ta xác định Ne theo công thức:
Ne = , (KW) (10.11)
Để làm ví dụ, ta tìm hiểu nguyên lý làm việc của các xoắn kế thông dụng nhát là xoắn kế bién dạng và xoắn kế quang học.
Xoắn kế kiểu quang học được cấu tạo bởi 2 đĩa được gắn trên trục ở 2 điểm là điểm đầu và cuối của chiều dài cơ sỡ Lb.
Trên 2 đĩa có có những rãnh nhỏ, đường tâm của những rãnh này trùng với đường sinh (coi đường sinh của bề mặt hình trụ của đường trục khi trục chưa bị xoắn). Phía trước của một đĩa đặt nguồn sáng không di dộng, còn phía sau đĩa kia bố trí thiết bị hấp thụ ánh sáng. Khi có mômen xoắn Mx tác động thì 2 đĩa sẽ quay tương đối với nhau một góc b, và b chính là góc xoắn cần đo. Sai số của góc xoắn b càng nhỏ chiều dài cơ sỡ Lb càng lớn.
Xoắn kế kiẻu cảm biến dựa trên cơ sở biến dạng lớp ngoài của trục khi mômen
đường tâm thì biến dạng xoắn do cảm ứng biến dạng xác định được cũng so với đường sinh
Sơ đồ của xoắn kế kiểu cảm biến được biểu thị trên hình vẽ (10.28).
Hình 10.28. Sơ đồ xoắn kế kiểu cảm biến
Trên trục gắn thiết bị cảm ứng 1, 2, 3, 4 từng cặp vuông góc với nhau nhằm tăng gấp đôi độ nhạy của thiết bị cảm ứng và điều hoà dược biến dạng (giãn nỡ) chiều trục do tác động của nhiệt độ môi trường. Nguồn điện cấp cho các thiết bị cảm ứng và bộ đo 6 được lấy từ bộ nguồn 5 (cảm ứng từ) thông qua các bộ tiếp xúc a, b, c, d, e. Biến trở 7 có nhiệm vụ hiệu chỉnh bộ đo ở thời điểm đầu về vị trí zêrô (0).
Thiết bị cảm ứng thông thường là các cảm biến điện trở được dán trên trục xoắn nhờ loại keo dán đặc biệt đảm bảo độ bền cần thiết của mối ghép (thường dùng keo ?ỉ -2). Khi trục biến dạng (bị vặn) thì các vòng dây cũng bị biến dạng và thay đổi độ dài của nó. Điện trở của dây bị thay đổi tỷ lệ với chiều dài của dây dẫn, được đo bằng dụng cụ đo mắc trong mạch của cảm biến điện trở.
Khi tác động của mô men xoắn Mx, các thiết bị cảm ứng sẽ đo nhận được sự biến dạng của trục và làm thay đổi điện trở của nhánh cầu tương ứng với góc xoắn b
và lúc đó:
Mkp = k .
Trong đó, R - sự thay đổi điện trở của nhánh cầu tương ứng với b; 1 2 3 4 a b c d e a b c d e 1 2 3 4 5 6 7
K - hệ số tỷ lệ.
Ngày nay người ta chế tạo loại xoắn kế kiểu biến dạng có vô tuyến điện báo nhằm tạo tín hiệu để thông báo cho người sử dụng bíêt. Trên loại xoắn kế này có bố trí bộ phận phát của anten vô tuyến điện, còn bộ thu thì đặt ở vị trí khác. Khi có tác động của mô men, dòng điện đưa vào bộ phận phát vô tuyến điện thay đổi - phát tín hiệu cho thiết bị thu để người sử dụng biết.
Để loại trừ ảnh hưởng của lực ma sát do các trục trung gian gây nên, xoắn kế được bố trí càng gần động cơ càng tốt. Sai số giá trị cho phép 2 3% khi giá trị G tuyệt đối chính xác và điều kiện đo được bảo đảm tốt. Giá trị đo được của Mx có thể sai số quá 5% khi giá trị G không chính xác, và lúc đó Ne có sai số lớn (khoảng 5%). Vì vậy, nkhi đo được Ni ta có thể xác định Ne theo công thức Ne = Ni M (trong đó M
- là hiệu suất cơ giới của động cơ) vẫn đảm bảo sai số nằm trong giá trị cho phép. Hiệu suát cơ giới M đối với động cơ ở những giá trị vòng quay n khác nhau, dược biểu thị: M = f(n) trên các dặc tính chân vịt, hoặc có thể xác định gần đúng.