内燃机活塞温度测试技术.ppt

2020 2 16 内燃机活塞温度测试技术 接触式非电测量法接触式电测量法活塞温度信号的传输方式壁面温度的非接触测量方法 一 接触式非电测量法 1 易熔塞法原理 纯金属和各种合金熔融过程温度维持不变 利用不同成分 锡铅等 合金熔点温度的差异来测定待测点温度的变化区间 一 接触式非电测量法 2 硬度塞法利用一些材料硬度随回火温度变化较稳定的关系进行温度测量 硬度塞对金属材料的要求 易淬透 材料均匀硬度高且稳定回火温度与硬度变化关系稳定 线性度高滚珠轴承钢GCr6 M2 M3螺塞 稳定工作2小时 抛光表面 显微维氏硬度计打硬度 与Hv T标准曲线比较 硬度恢复法 将被测零件整个用该材料制作 并进行相应的工艺处理 运转后将零件进行剖分 硬度测量 便可得知整个零件温度分布情况 可用于喷油嘴这类零件 3 示温涂料法利用示温漆在不同温度下将不可逆地变成不同颜色来测量零件表面温度场 4 氪化塞法氪化是指用扩散或离子轰击法把放射性气体Kr及其同位素渗入到零件表层约10 m内 氪化后零件内的放射性物质将随零件工作的最高温度而线性的变化 只有温度继续升高 才会使放射性物质的逃逸继续进行 并达到新的平衡 该方法精度相对较高 但辅助测量设备复杂 用此方法制成的氪化塞放射剂量极微 5 扩散偶法 400 C 利用两种偶合材料间相互扩散的扩散系数与温度成相对稳定关系的特点来测量零件的工作温度 测温方法 特性 f 温度 稳定关系 5 接触式非电测量法的特点1 仅能指明测点达到的最高温度 不能测量温度随工况等因素的变化 2 精度低 10 C 20 C 3 对零件温度场破坏较大 所测温度与零件表面实际温度有差异 4 方法简单 目前还在使用的主要是硬度塞法 二 接触式电测量法 1 热电偶法利用热电效应 两种导体的接触电势和一种导体的温差电势 进行温度测量 2 热电偶法特点1 测量可靠 寿命长 2 精度高 单热电偶的静态标定精度可很高 如 0 01 C 但实际使用精度会受安装 冷端补偿等的影响 3 响应快 普通热电偶可保证内燃机过渡过程的测量 还可以制作时间常数达微秒级的瞬态热电偶传感器 进行诸如爆炸引起的温度波动的测量 4 体积可以很小 热接点可d 0 1mm 对零件温度场的干扰小 5 有冷端温度补偿与恒定问题 对遥测装置将影响精度 6 有信号的引出问题 二 接触式电测量法 3 热电偶测温误差因素1 冷端补偿2 热偶丝退火3 杂质与不均匀性4 合金成分5 各向异性6 热传导状况改变7 热辐射状况改变8 漏电9 氧化10 其它材料的扩散 渗入 4 热敏电阻法利用感温元件的阻值随温度而变化的特性进行温度测量 5 热敏电阻法的特点1 无冷端温度补偿问题 2 普通的热敏电阻一致性较差 高精度测温前要分别标定 3 铂电阻温度计精度高 稳定性高 常常在其它温度计标定时作为温度标准 4 体积比较大 如果粘贴在活塞表面 对温度场有一定的干扰 同时测量的是一个小面的平均温度 5 针对活塞的热敏电阻传感器其安装 使用的可靠性比热电偶低 可作为热电偶遥测装置的冷端补偿元件 三 活塞温度信号的传输方式 1 信号的间歇传输机构2 信号的连续引出机构3 信号的无接触式间歇传输机构4 储测系统5 无线电遥测系统6 红外遥测系统 1 信号的间歇传输机构 1 1信号的间歇传输机构的特点 1 结构紧凑 简单 2 磨损快 寿命短 3 不能进行连续信号 如瞬态信号的传输 4 触点处会产生附加的热电势引起测量误差 接入的第三种金属两端的温度不同所造成的误差 接触点由于摩擦温度较高 缓解方法 接触元件的材料与所选的热电偶材料一致 但这些材料的耐磨性很差 需要在接触面上采用高寿命的涂层 如在铁 康铜热电偶的铁上涂银 康铜上涂钴 在镍铬 镍硅热电偶的镍硅上涂钴 镍铬上涂铁 增加涂层后在触头与触座间还会带来一定的测量误差 对镍铬 镍硅误差约为4 C 而铁 康铜约为8 C 2 信号的连续引出机构 2 信号的连续引出机构 四连杆测温装置 挠性机构应力测量装置 2 1信号的连续引出机构的特点 1 结构形式很多 2 结构复杂 甚至要对机体进行一定的改造 一般只适用于机体空间较大的大缸径单缸试验台 3 寿命短 5 10小时 热电偶线或引出机构折断 一般只适用于低速机 4 能进行连续信号 如瞬态信号的传输 5 传输过程附加误差很小 冷端补偿在机外进行 误差小 3 信号的无接触式间歇传输机构利用互感耦合的原理取出热电阻产生的电压波动信号 反映温度高低 活塞在下止点时 由于初次级线圈的互感耦合在取压电阻R处可得到载波调幅信号 误差和干扰大 研究误差 6 C 但活塞内无芯片等元件 简单 4 储测系统1 不能实时测量 2 存储器在高温 活塞拍击条件下 存储的数据易丢失 3 完全是一次性使用 并需要拆卸机发动机取数 4 对热电偶传感器 需要在活塞内腔进行冷端补偿 5 耗电量小 5 无线电遥测系统抗干扰能力较差 精度难以保证 4kHz载波信号 调幅信号 2MHz 产生与电桥输出电压成正比的频差 限幅器消除天线运动所产生的寄生调幅鉴频器将频移转换为相应的电压变化 无线遥测系统在活塞测量中的应用实例 6 红外遥测系统 改进设计 6 1红外遥测系统的特点 1 依靠38kHz固定频率的红外线进行数字信号的传输 抗干扰能力很强 2 红外线对油雾的穿透性高 信号传输可靠 即便油雾瞬间遮挡住红外线 也不影响稳态温度场的测量精度 3 能进行连续信号 如瞬态信号的传输 4 耗电量比储测系统高 一次性电池能保证系统工作 50小时 5 对热电偶传感器 需要在活塞内腔进行冷端补偿 6 与储测系统相比 体积较大 另外 储测 无线电发射及红外遥测系统均需要活塞内腔安装微处理器 转换器等芯片 必须保证这些芯片能在150 C以上 敲击 油雾等恶劣条件下可靠工作 需要采用军品级的元器件 6 2第一代红外遥测系统 6 3改进的系统增强抗干扰 节能的原理 二次调制 首先用38KHz的脉冲对红外光进行调制 然后利用需要发射的数字信号 如图中的 1011 对38KHz的脉冲红外光进行二次调制 优点 1 增强抗干扰能力 可以通过选频网络轻松地滤除来自其它地方的红外光 增强抗干扰能力 2 降低功耗 驱动红外二极管所消耗的电能占去了 红外数据传输系统 的功耗的绝大部分 如果进行二次调制 以占空比为50 脉冲一次调制之后的红外光进行数据传输 其功耗相对于直接用数字量调制红外光可减少一半 倘若一次调制所用的脉冲的占空比为25 则其功耗可降为原来的约1 4 比第一代节能约45 这个数字是相当可观的 占空比也不能无限小 要考虑红外发光管的建立时间 从加电压到红外二极管发出稳定的红外光的时间 6 4微电机研究为了使测量系统长期工作 我们研究制作了微电机35 20 30mm3 输出0 5V 整流后波动依然较大 其它相关传感器 仪表 测量系统的研制 1 测量零件壁面瞬态温度的薄膜热电偶瞬态温度传感器 2 测量缸内气体瞬态温度的薄膜热电偶瞬态温度传感器 其它相关传感器 仪表 测量系统的研制 3 测量排气瞬态温度的铂薄膜热电阻瞬态温度传感器 4 铂薄膜热电阻式内燃机进气流量测量传感器 等 传感器结构形状1镀金铜引线2绝缘陶瓷管3高温陶瓷胶4传感器支持体5感温元件 四 壁面温度的非接触测量方法 1 红外照相法2 红外辐射测温法 适合高发射率的材料 误差 2 等特点 1