内燃机测试技术-08压力测量.ppt

压力测量 压力测量中的基本概念1 定义 按零标准 基准压力 的不同 分为绝对压力 表压力和差压力 绝对压力 以完全真空作为零标准的压力 表压力 以当地大气压作为零标准的压力 差压力 用两个压力之差表示的压力 以大气压以外的任意压力作为零标准的压力 压力单位 Pa N m2 1个大气压约为105Pa 压力测量仪表的分类 液柱式 弹性式 电测式 一 液柱式测压仪表原理 利用工作液的液柱所产生的压力与被测压力平衡 根据液柱高 长 度来确定被测压力值 1 U形管压力计压力平衡关系压差为当 1 2 且 1 简化为故根据工作液的液柱高度差h即可确定被测压力值 测压范围 0 2MPa 2 单管压力计当 1 2 1 且F2 F1 压差简化为只需根据工作液的液柱高度h2即可确定被测压力值 测压精度 1Pa 3 斜管压力计压差简化为只需根据工作液的液柱长度l即可确定被测压力值 优点 刻度放大了1 sin 倍 进一步提高测压精度 更便于测量微压 2 2000Pa 测压范围 0 2MPa 4 液柱式压力计的测量误差 1 环境条件的影响当环境条件不是规定的标准温度和标准重力加速度时 液柱高度 或液柱长度 会发生变化 造成测量误差 解决方法 按修正公式进行修正 2 毛细管现象的影响工作液在管内由于毛细管现象在表面形成曲面 使液柱读数产生附加误差 其值取决于工作液的种类 温度 管内径 解决方法 控制液柱管内径 3 安装与读数引起的误差安装 液柱式压力计应垂直安装 接头处不得有泄漏 读数 对水和酒精 从凹面的谷底算起 对水银 从凸面的顶峰算起 二 弹性测压仪表测压原理 以各种形式的弹性元件受压后产生的弹性变形作为测量的基础 即变形量是被测压力的函数 1 弹簧管压力计结构 弹簧管 横截面为椭圆形或扁圆形的中空管 拉杆 扇形齿轮 小齿轮 指针 刻度盘 原理 被测压力介质进入弹簧管内腔 腔内各处压力相等 椭圆形或扁圆形的中空管中短轴方向的内表面积比长轴方向大 因此短轴方向受力大 弹簧管横截面趋于变圆 产生弹性变形 使弹簧管向外伸张 弹簧管自由端产生位移 带动拉杆 扇形齿轮转动 小齿轮转动 拨动指针 指针在刻度盘指出压力值 测压范围 0 03 1000MPa 2 膜式压力计分为膜片压力计 膜盒压力计 波纹管式压差计 都是利用薄膜或薄壁受压后产生的弹性变形作为测量的基础 膜片 弹性 压力计结构 弹性膜片 压有环状同心波纹的圆形金属薄片 四周被固定 与膜片相连的传动及指示机构 工作原理 弹性膜片受压 膜片向压力低的一面弯曲 膜片中心产生位移 膜片位移驱动传动机构 拨动指针并在刻度盘指出压力值 3 弹性压力计的误差迟滞误差 弹性元件的变形往往滞后于被测压力的变化 相频特性 弹性元件在相同压力下正反行程的变形量不一致 温度误差 温度变化会使弹性元件的弹性模量产生变化 间隙及摩擦误差 传动机构消除间隙及克服摩擦后 才开始正常工作 三 电测式系统组成 测压传感器 变换器 指示仪或计算机测量分析系统 分类 按传感器类型 压阻式 压电式 电容式 压阻式压力传感器测量系统 1 压阻式压力传感器压阻效应 元件受机械变形时 其电阻值发生相应变化 即电阻值的变化量与应变呈正比 2 电阻值的变化量的测量 电桥电路 当电桥四个电阻起始状态平衡 R1R4 R2R3 各电阻有微小变化时 指示电流变化量为当只有一个电阻值变化时 指示电流变化量与之呈线性关系 而电阻值的变化量与应变呈正比 故通过指示电流变化量可求得应变值 如只有R1变化 指示电流变化量为 3 温度的桥路补偿由于热阻效应 元件的温度变化时 其电阻值也发生相应变化 指示电流变化量与应变值不再呈线性关系为克服温度的影响 可采用桥式补偿电路 电桥的一个电阻为工作片 电阻受到压力和温度变化的共同影响 另一个电阻为补偿片 电阻只受到温度变化的共同影响 电路中 R3 R4 R1t R2t R1 R2 且R1和R2温度一样 R2 R3 R4 0 这样 指示电流变化量只与应变导致的电阻值的变化量呈正比 故通过指示电流变化量可求得应变值 四 气缸压力 示功图 的测量 示功图 气缸压力随曲轴转角 或气缸容积 的变化曲线 1 示功图测量的关键技术上止点的确定磁电法 使凸轮轴触发凸尖正对传感器中心时 气缸位于上止点位置 四 气缸压力 示功图 的测量 气缸压缩线法 在倒拖工况下 测得气缸的压缩压力曲线 在压缩压力曲线上部 作若干平行于大气压力线的直线 连接这些直线的中点并与大气压力线求得交点 2 曲轴转角的确定 1 光电法 在曲轴上安装光栅盘 利用光电式传感器和转角均匀分布的光栅盘 产生角度均匀分布的曲轴转角信号 2 磁电法 在曲轴上安装测量齿盘 利用磁电式传感器和转角均匀分布的测量齿盘 产生角度均匀分布的曲轴转角信号 3 等时间间隔法 按一定采样频率同步采集示功图和上止点信号 按时间确定曲轴转角 假设曲轴匀速转动 3 干扰信号的去除干扰信号主要包括循环波动和高频随机干扰信号 去除方法 多循环平均 低通滤波 畸点滤波 四 示功图的测量误差1 测压管道引起的误差传感器安装在气缸盖或机体上后 在传感器端部与燃烧室之间必然存在通道和 或 空腔 并引起两种误差 1 气缸容积变化通道和空腔增大了燃烧室容积 减小了压缩比 示功图发生变化 2 滞后和腔振通道气柱的弹性和阻尼作用 使传递到传感器的压力相位滞后 气缸压力突变时 可能引起通道气柱的自振 即腔振 在示功图上出现锯齿波 减少测压管道误差的方法 尽量缩短通道和减小空腔容积 2 上止点相位引起的误差上止点相位对示功图精度的影响 1 曲轴转角 Pe产生5 5 的误差 0 2 曲轴转角 Pe产生1