دینامومتر چیست و آشنایی با انواع دینامومتر و کارکرد آن‌ها

در توضیح سوال دینامومتر چیست باید گفت به طور کلی هر وسیله مکانیکی که بتواند کمیت‌هایی مثل دور، گشتاور، توان ترمزی و … موتور را اندازه‌گیری کند، دینامومتر نامیده می‌شود. از دینامومتر جهت بررسی صحت کارکرد انواع موتورها، گیربکس‌ها، ژنراتورها و … استفاده می‌شود. در زبان فارسی به طور اشتباه کلمه Dynamometer به نیروسنج ترجمه شده است. به نظر نگارنده این ترجمه برای کلمه Load cell درست است ولی گویای کارکرد دینامومتر نیست. وظیفه اصلی هر دینامومتر اعمال بار کنترل شده بر تجهیز مورد تست از جمله موتور است. همچنین دینامومتر با اندازه‌گیری گشتاور و دور موتور، توان آن را محاسبه می‌کند. گشتاور و توان تولیدی موتور از مشخصه‌های مهم در بررسی یک موتور است. همچنین، از دینامومتر برای تست موتور محرک از لحاظ قدرت، گشتاور، راندمان، مصرف انرژی و همچنین کنترل و تست طول عمر قطعات نیز استفاده می‌شود.

برای بارگذاری موتور، بار را می‌توان با استفاده از انواع دینامومتر، شامل هیدرولیک، ادی کارنت، AC و … بر موتور وارد کرد. در این سیستم، دینامومتر به‌وسیله کوپلینگ به موتور متصل می‌شود و موتور دینامومتر را به چرخش درمی‌آورد. گشتاور ترمزی (که معادل گشتاور تولیدی موتور است) توسط گشتاورسنج اندازه‌گیری می‌شود (در برخی از دینامومترها از نیروسنج جهت محاسبه گشتاور استفاده می‌شود). در ادامه به تاریخچه مختصری در مورد ساخت دینامومتر اشاره شده است. در شکل زیر ساختار یک دینامومتر و موتور نشان داده شده است.

افرادی که پرسش دینامومتر چیست برایشان سوال جذابی است باید بدانند که برای اولین بار به‌وسیله‌ی شخصی به نام «فرود» در سال ۱۸۷۷ گزارشی از عملکرد دینامومتر هیدرولیک ارائه شده است. در ادامه، بسط تئوری دینامومترهای هیدرولیک توسط «جاج و گیبسون» انجام شده است. «کوکر» با استفاده از تجربیات حاصل شده در زمینه دینامومتر هیدرولیک، کتابی در این زمینه تدوین کرده است. مقالات در زمینه دینامومتر هیدرولیک بسیار کم بوده و در این زمینه کار زیادی انجام نشده است. تا سال ۱۹۶۶ برای ثابت دینامومتر معادله‌ای استخراج نشده بود و علت این امر پیچیدگی جریان سیال در داخل دینامومتر بوده است. برای محاسبه این ثابت نیاز به تعیین ضرایب تجربی است.

در سال ۱۹۶۸ به روش تحلیلی، گشتاور دینامومتر به‌وسیله‌ی شخصی به نام «رائو» محاسبه شده است. همچنین، مدل تئوری دینامومتر هیدرولیکی در سال ۱۹۹۱، توسط «هاجسون» استخراج شده و مقدار گشتاور جذب شده در دینامومتر، انرژی دفع شده و فشار سیال درون دینامومتر مورد بررسی قرار گرفته است. سپس «تان» با استفاده از یک مدل کواسی استاتیک (quasi static) با حذف اثرات اینرسی، با در نظر گرفتن نرخ تغییرات جریان آب در دینامومتر نسبت به زمان، به تحلیل دینامومتر هیدرولیک در یک نقطه کاری مشخص، پرداخته است. در ادامه، «ایشیهارا و ایموری» با در نظر گرفتن جریان سیال یکنواخت و ثابت در دینامومتر، به پاسخ گذرای گشتاور در آن پرداخته‌اند. آن‌ها با استخراج معادلات نزدیک به حالت گذرا در دینامومتر و خطی‌سازی معادلات با استفاده از روش پرتربیشن (perturbation) به حل آن پرداخته‌اند.

کاربرد انواع دینامومترها

کاربرد دینامومترها را می­توان به شکل زیر دسته‌بندی کرد

• تست عملکرد یک موتور ساخته شده در کارخانه تولیدی
• تست عمر قطعات یک موتور ساخته شده در کارخانه تولیدی
• تست عملکرد یک موتور بعد از تعمیر و کنترل عملکرد قطعات مصرف شده در تعمیر موتور
• تست عملکرد یک موتور تولید شده و انطباق آن با مشخصات پلاک موتور در بازرسی استاندارد و گمرک
• بارگذاری موتور برای تعیین آلایندگی آن
• بارگذاری موتور برای تعیین مصرف سوخت
• بهینه‌سازی موتور

دینامومتر چیست ؛ انواع دینامومتر

کسانی که می‌خواهند بدانند دینامومتر چیست و انواع رایج دینامومترها کدام هستند می‌توانند دسته‌بندی ذیل را مشاهده کنند.

–        دینامومتر هیدرولیکی

–        دینامومتر ادی کارنت

–        دینامومتر ادیکارنت هیسترزیس

–        دینامومتر شاسی

–        دینامومتر اینرسی

–        دینامومتر اصطکاکی

–        ژنراتوری جریان مستقیم

–        ژنراتوری جریان متناوب

دینامومتر هیدرولیکی

این دینامومتر در مقاله‌ای جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه فرمایید.

(لینک مقاله دینامومتر هیدرولیک)

دینامومتر ادی کارنت

این دینامومتر در مقاله‌ای جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه فرمایید.

(لینک مقاله دینامومتر ادیکارنت)

دینامومتر شاسی

این دینامومتر در مقاله‌ای جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه فرمایید.

(لینک مقاله دینامومتر شاسی)

بررسی مزایا و معایب انواع دینامومترها

• دینامومتر اصطکاکی
• مزیت: سادگی سیستم، ایجاد گشتاور بالا در دور کم و دور صفر، نسبت توان به حجم خوب، نصب آسان و تعمیرات کم
• معایب: ظرفیت پایین، کنترل­پذیری سخت به دلیل تغییر ضریب اصطکاک
• دینامومتر هیدرولیکی (ترمز آبی)
• مزیت: سادگی سیستم، توان بالا، ایجاد گشتاور بالا، دور بالا، تحمل بارگذاری دائم، نسبت توان به حجم و وزن عالی، نیاز به تعمیر و نگهداری کم و نصب نسبتاً آسان
• معایب: گشتاور کم در دور کم و یا صفر، نداشتن حالت موتورینگ، دقت کم نسبت به نمونه‌های بعدی، نداشتن پاسخ زمانی کم برای وضعیت گذرا
• دینامومتر ادی کارنت (جریان گردابی)
• مزیت: سادگی سیستم، توان متوسط، گشتاور متوسط، دور بالا، قابلیت تحمل بارگذاری دائم، نسبت توان به حجم و وزن متوسط، نیاز به تعمیر و نگهداری کم و نصب نسبتاً آسان
• معایب: گشتاور کم در دور کم و یا صفر، نداشتن حالت موتورینگ، دقت متوسط نسبت به نمونه‌های بعدی، پاسخ زمانی متوسط برای وضعیت گذرا
• دینامومتر ژنراتوری جریان مستقیم
• مزایا: قابلیت وضعیت موتورینگ، دقت بالا، پاسخ عالی برای وضعیت گذرا، اعمال گشتاور در دور کم و یا صفر عالی، قابلیت تحمل بارگذاری دائم
• معایب: نصب سخت و پیچیده، سیستم پیچیده، توان کم، گشتاور ماکزیمم کم، نسبت توان به حجم و وزن زیاد، نیاز به مراقبت و نگهداری متوسط، قیمت زیاد
• دینامومتر ژنراتوری جریان متناوب
• مزایا: قابلیت وضعیت موتورینگ، دقت بالا، پاسخ عالی برای وضعیت گذرا، اعمال گشتاور در دور کم و یا صفر عالی، قابلیت تحمل بارگذاری دائم، نیاز به مراقبت و نگهداری کم
• معایب: نصب سخت و پیچیده، سیستم پیچیده، توان کم، گشتاور ماکزیمم کم، نسبت توان به حجم و وزن زیاد، قیمت زیاد
• ترکیب دینامومترهای فوق

برای حذف و یا کم کردن معایب دینامومترهای فوق و جمع کردن مزایای انواع دینامومتر از ترکیب موازی کردن انواع دینامومترها استفاده می­‌شود.

خلاصه مطالب فوق در جدول زیر آمده است:

• جدول۱-۱ مقایسه دینامومترها

نوع دینامومتر	معایب	مزایا
هيدروليكي	پاسخ آهسته به تغييرات بار، كنترل بار دستي، تغيير به حالت اتوماتيك مشكل است	به‌راحتی و با هزينه كم قابل تغيير، قادر به تحمل اضافه بار
الکتریکی d. c.	گران‌قیمت، اینرسی دورانی زياد	امکان تغییر سریع بار، قابليت كنترل مناسب به‌وسیله كامپيوتر، عمل در چهار حالت ممکن، عدم احتیاج به سیستم خنک‌کاری با آب
الکتریکی a. c.	گران‌قیمت	همانند d. c.  با اینرسی دوراني کم‌تر
ادی کارنت	امکان حالت موتوری ندارد، آسیب‌پذیر در مقابل عدم كاركرد مناسب سيستم خنك‌كاري، آسیب‌پذیری در مقابل اضافه بار	امکان تغییر سریع بار، هماهنگی قابليت كنترل مناسب به‌وسیله كامپيوتر، اینرسی کم
ترمز اصطکاکی	فرسودگي سريع	مناسب برای عملكرد در حالت گشتاور زياد و سرعت كم

در ادامه توضیح و تفسیر پرسش دینامومتر چیست باید اشاره کرد که با توجه به توضیحات فوق، معمولاً برای تست‌های گذرا و شبیه‌سازی شتاب­گیری موتور از دینامومترهای ژنراتوری الکتریکی استفاده می­‌شود. در دینامومترهای شاسی معمولاً از دینامومترهای ژنراتوری الکتریکی استفاده می­‌شود تا در دورهای پایین توان ترمزی خوبی داشته باشد و شتاب­‌گیری در آن قابل مدل‌سازی باشد.

برای توان‌های بالا از دینامومترهای هیدرولیکی استفاده می‌­شود تا در اندازه و حجم معقول توان ترمزی مناسبی وجود داشته باشد و قیمت تجهیز نسبت به توان ترمزی پایین باشد.

در اتاق تست‌های جدید، معمولاً از دینامومترهای هیدرولیکی، ادی کارنت و ژنراتوری جریان مستقیم یا متناوب استفاده شده و از دینامومتر اصطکاکی استفاده نمی­‌شود.

در آزمون موتورهای الکتریکی به اندازه‌گیری گشتاور در دور صفر (گشتاور راه‌اندازی) نیاز است. دینامومترهای ژنراتوری الکتریکی و دینامومتر پودری – ادی کارنت برای این کار مناسب هستند. دینامومترهای پودری ادی کارنت از ترکیب دینامومتر ادی کارنت با اصطکاکی ساخته می­شود. با این ترکیب، عیب نداشتن ترمز قابل ملاحظه دینامومتر ادی کارنت در دور صفر برطرف می­شود ولی این دینامومتر ترکیبی (پودری – ادی کارنت) برای دور بالا مناسب نیست.

از نظر کنترل‌پذیری، دینامومترها به ترتیب، ژنراتوری الکتریکی، ادی کارنت و هیدرولیکی دسته­‌بندی می‌­شوند.

از نظر مقایسه قیمت، ارزان‌ترین دینامومتر، نوع هیدرولیکی و گران­ترین، نوع ژنراتور الکتریکی است. دینامومتر ادی کارنت با قیمت متوسط و کنترل‌پذیری خوب برای توان‌های پایین و متوسط برای تست‌های پایدار (غیر گذرا) مناسب است.

• اندازه‌­گیری دور و گشتاور در دینامومتر

پارامتر دور با هزینه نسبی کم با انواع سنسورهای مغناطیسی و پراکسی در دینامومترها اندازه‌­­گیری می‌­شود.

روش‌های مختلفي براي اندازه‌گيری گشتاور در دينامومتر وجود دارد يكي از روش‌های مورد استفاده بدين صورت است که هوزينگ دينامومتر با استفاده از ترانیون‌هایی که به دو انتهاي آن متصل شده، امكان چرخش خواهد داشت، با توجه به اين موضوع می‌توان از يك بازوي گشتاور متصل شده به هوزينگ براي اندازه‌گيری گشتاور استفاده كرد. این روش اندازه­گیری بیشتر در دینامومترهای ادی­کارنت و هیدرولیکی استفاده می­شود. به دلیل ثابت بودن پوسته این روش اندازه­گیری ارزان است و تنها عیب آن غیر دقیق بودن در تست غیر گذرا است.

روش دیگری برای اندازه‌گیری گشتاور ارتباط موتور و دینامومتر از طریق مبدل گشتاور است. مبدل گشتاور می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی تولید کند که متناسب با گشتاور است. این روش به معلق کردن پوسته دینامومتر نیاز ندارد و در تست گذرا­ (شتاب­گیری) قابل استفاده است. هزینه زیاد اولیه، مشکل کالیبراسیون و تعمیر و نگهداری سخت و تجهیز از معایب آن است، در دینامومترهای الکتریکی از این روش استفاده می­شود.

• منحنی عملکرد دینامومترها

در شکل زیر منحنی گشتاور و توان برای دینامومتر هیدرولیکی نشان داده شده است.

• شكل۱-۲ منحنی‌های عملکرد دينامومتر هيدروليکی

در شکل زیر نمونه منحنی گشتاور و توان برای دینامومتر ژنراتوری الکتریکی نشان داده شده است.

• شكل۱-۳ منحنی‌های عملکرد دينامومتر الکتريکي c يا a. c

در شکل زیر منحنی گشتاور و توان برای دینامومتر ادی کارنت نشان داده شده است.

• شكل۱-۴ منحنی‌های عملكرد يك دينامومتر ادي كارنت

امیدواریم که توضیحات در مورد پرسش دینامومتر چیست برای شما راهگشا بوده باشد و ضمنا برای اطلاعات بیشتر می‌توانید این منبع با زبان انگلیسی را نیز مطالعه بفرمایید.

مقاله دینامومتر چیست توسط آقای دلاور ارمغان کارشناس فنی اتاق تست شرکت مبتکران پارس اندیش نوشته شده است.

منابع

• McNamee R, Monk I (2010) Hydraulic dynamometer. Worcester Plytechnic Institute, Worcester, United States.
• Froude, Proc. IME, Vol. 72, July 1877, pp. 237-252.
• H. Judge, “The Testing of High Speed Internal Combustion Engines,” New York; D. Van Nostrand, Inc. , 1925.
• H.  Gibson, “Hydraulics and Its Applications,” 4th ed.  London: Constable & Co.  ۱۹۳۰, pp.  ۷۸۱-۷۸۶٫
• J.  Coker (ed. ); “Automobile Engineer’s Reference Book,” 3rd ed.  George Newnes, Ltd. , pp.  ۲۷٫ ۳-۲۷٫ ۶, ۱۹۵۹٫
• N.  Narayan Rao, “The Basic Theory of Hydraulic Dynamometers and Retarders, ” SAE Transactions, Vol.  ۷۷, Section 1: Papers 680005–۶۸۰۲۴۶ (۱۹۶۸), pp.  ۶۵۰-۶۶۷
• Raine, J.  and Hodgson, P.  G.  Computer simulation of a variable fill hydraulic dynamometer.  Part 1: torque absorption theory and the influence of working compartment geometry on performance. Proc.  lnstn Mech.  Engrs, Part C, 1991, 205 (C3), 155-163.
• Tan, K.  Identification of a hydraulic dynamometer.  MSc thesis, UMIST, October 1980

Ishihara, T.  and Emori, R.  I.  Torque converter as a vibration   damper and its transient