示功图测录概要.ppt

1、2020/9/24,示功图测录,机械示功器 电子示功装置 动态参数采集和处理系统 上死点的测定 示功装置的压力标定,2020/9/24,示功图测录,示功图 是气缸内工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形，即p-或p-V示功图。 示功器或示功装置 测取气缸示功图的仪器。根据其工作原理不同，示功器可分为机械示功器、气电示功器和电子示功装置三类。,2020/9/24,2020/9/24,2020/9/24,示功图测录,测录示功图的目的： 通过对示功图的计算，求出发动机性能的指示参数，如平均指示压力pi，指示功率Pi和指示热效率i等。 示功图中可表示出内燃机工作过程的许多重要参数：如进气压力pa、压缩

2、终点压力pc、燃烧最高压力pz等，经分析计算还可得到与燃烧有关的信息：如压力升高率dp/d、放热率dQ/d、着火滞后期i等，为评价工作过程的完善程度提供依据。 根据示功图，可确定不同曲轴转角时作用于发动机各零部件上的力，以便进行动力计算和强度计算。 在试验或运用中，借助示功图可对发动机进行配气定时及喷油或点火提前角的最佳调整，发现并消除异常喷射、异常燃烧等故障。,2020/9/24,机械示功器,结构和工作原理 机械示功器小活塞和弹簧的选择 示功器传动机构 机械示功器的优缺点和适用范围 示功图的测取方法及注意事项,2020/9/24,机械示功器,2020/9/24,机械示功器,机械示功器小活塞和

3、弹簧的选择 三套活塞：标号1/1、1/2、1/5。在测p-V示功图时均采用1/5小活塞，当测取反映进排气过程的弱弹簧示功图时则采用1/1小活塞。 不同刚度的弹簧。,2020/9/24,四冲程发动机弱弹簧示功图,2020/9/24,曲柄式传动机构,2020/9/24,凸轮式传动机构,2020/9/24,机械示功器,机械示功器的优缺点和适用范围 机械示功器由于它利用机械位移方法进行测量，必然带来机械式测量仪器的固有缺陷，如感受缸内压力和反映活塞位移部分具有一定的质量（强度要求），而其弹簧刚度不能太大（灵敏度要求），致使它的自振频率很低，不适用于高速内燃机，只适用于低速机和部分中速机（如转速低于40

4、0 r/min的内燃机）。 目前，机械示功器在大型低速船用柴油机上被广泛用作随机测试仪表，供监控柴油机运转使用。,2020/9/24,机械示功器,示功图的测取方法及注意事项 使用前应对示功器进行检查和保养，使其可动部分应有良好的润滑，保证小活塞在气缸内能以自身重量均匀下滑。当示功器与传动机构之间的距离大于1.5m时，应选用钢丝软绳； 使柴油机负荷稳定，即各运行参数达到正常值并保持稳定不变；选择适宜的海况和气象条件； 安装示功器前，必须先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净；,2020/9/24,机械示功器,示功器安装后，应先在转筒的记录纸上画出大气压力线； 测量示功图时轻按画笔尖以防划破记录纸；

5、 测取满意的示功图后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、弹簧比例等，并与驾驶台联系记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速等，供分析时参考。 为准确起见，最好每缸测取2个示功图。当测取5至6个示功图后，应拆下示功器进行冷却。测量完毕，应对示功器进行彻底清洁和保养。,2020/9/24,电子示功装置,压电式示功装置 电阻应变式示功装置 电容式示功装置,2020/9/24,电子示功装置,较完整的内燃机示波图,2020/9/24,电子示功装置,按所采用的传感器进行分类，可分为： 压电式示功装置 电阻应变式示功装置 电容式示功装置,2020/9/24,电子示功装置,一、压电式示功装置 压电式压力传

6、感器 压电传感器是根据晶体的压电效应而制成的。 压电效应：有些结晶物质沿它的某个结晶轴受到力的作用时，其内部有极化现象，在它的表面上有电荷集结，其大小和作用力的大小成正比，这种效应称为“正压电效应”。,2020/9/24,一、压电式示功装置,压电式压力传感器 压电材料：具有压电效应的晶体称为压电晶体。可利用的压电晶体很多，作为压电传感器材料的压电晶体有石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等。 由于石英晶体具有机械强度高、使用温度范围宽等优点，在内燃机测试中应用较广。,2020/9/24,一、压电式示功装置,石英晶体,2020/9/24,一、压电式示功装置,晶体切片电荷符号与受力方向关系,2020/9/2

7、4,一、压电式示功装置,压电式压力传感器 纵向压电效应：沿电轴（Xx轴）方向受力所产生的压电效应。当沿电轴方向作用有力Fx时，则在与电轴垂直的平面上产生电荷qx，它的大小为： qx=k33Fx 式中 k33纵向压电系数。,2020/9/24,一、压电式示功装置,压电式压力传感器 横向压电效应：沿机械轴（Yy轴）方向受力所产生的压电效应 。沿机械轴方向作用有力FY时，仍在与电轴垂直的平面上产生电荷qY，它的大小为： 式中 a晶体切片的长度； b为晶体切片的厚度； k31横向压电系数。,2020/9/24,一、压电式示功装置,晶体切片电荷符号与受力方向关系,2020/9/24,一、压电式示功装置,

8、压电式压力传感器 注意： 在高压测量中，常利用石英晶体的纵向压电效应，晶体的机械强度高。为使传感器有较高的灵敏度，多采用并联式的多晶片组合压电元件。 低压测量利用晶体的横向压电效应，受压时机械强度较低，但增加晶体切片的长度与宽度的比值，即可提高灵敏度。,2020/9/24,常规的压电石英压力传感器,2020/9/24,一、压电式示功装置,多晶体组合元件压电传感器,两压电片的联接方式,2020/9/24,一、压电式示功装置,利用横向压电效应的压电传感器,2020/9/24,一、压电式示功装置,压电式压力传感器 特点： 1、固有频率很高，传感器尺寸可以做得很小，压力传感器外形尺寸已做到5，重量也较

9、轻、结构简单，这有利于将传感器安装至燃烧室表面进行无通道压力测量； 2、振动对压电式传感器有显著的影响，尤其表现在低压测量中，可用附加重块补偿；,2020/9/24,一、压电式示功装置,3、温度影响明显。 1）灵敏度会随温度的增高而降低； 2）温度升高而产生热膨胀，造成对晶体预紧力的改变，从而使传感器输出产生漂移 ； 温度补偿： 1）组织冷却； 2）安装膨胀块； 3）采用特殊膜片。,2020/9/24,一、压电式示功装置,石英晶体压电灵敏度与温度关系,2020/9/24,一、压电式示功装置,温度补偿结构,2020/9/24,一、压电式示功装置,测量电路 压电传感器输出的电荷信号应经放大器放大并

10、转换成电压信号，常采用的是电荷放大器和电压放大器。使用电荷放大器时，电缆长度变化的影响几乎可以忽略不计。基于此点，电荷放大器的应用日益增多。 电荷放大器电压输出的大小与电荷Q成正比，其关系式为：,2020/9/24,一、压电式示功装置,电荷放大器方框图,2020/9/24,一、压电式示功装置,记录显示装置 电子示功装置的显示记录设备常采用的有数字示波器和磁带记录仪等。,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,电阻应变式压力传感器 将应变片粘贴在承压应变元件上而做成各种各样的电阻应变式传感器。 承压元件应具有自振频率高、灵敏度高、强度大、稳性好、弹性滞后小等性能。 按承压元件的形状不同分为应

11、变筒式及应变板式等结构形式。,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,应变筒式压力传感器,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,应变板式压力传感器,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,应变筒式：这种传感器可用于内燃机中较高压力的测量。 应变板式：传感器灵敏度高，适合于高温低压方面的压力测量，常用来测量内燃机进、排气压力及换气过程中的缸内压力。,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,测量电路,2020/9/24,二、电阻应变式示功装置,特点： 它不存在类似于压电系统的信号直流漂移、随机零线及工作点漂移问题； 静态标定较容易，一般用的放大器较普及，工作稳定性好，测量精度较高

12、； 传感器较便宜，但尺寸大、输出小、寿命短； 由于载波频率的限制，其高频特性稍差。,2020/9/24,三、电容式示功装置,电容式压力传感器,2020/9/24,三、电容式示功装置,测量电路,2020/9/24,四、电子示功装置的特点,1、固有频率高，即具有良好的高频特性，所以它的频率特性宽，适用于低、中、高速机使用，测量误差小于1； 2、电子示功装置灵敏度高，线性好； 3、易受外界干扰影响； 4、与计算机组成一套完整的多参数综合测量系统，可实现对内燃机的远距离监测、数字显示及自动控制，完成对内燃机的诊断、趋向预报等监控技术。,2020/9/24,动态参数采集和处理系统,一、系统组成与原理 动

13、态压力测录方法 连续测量：测录过程是在某一循环中连续进行的，最终得到的是一条连续变化的压力曲线。 离散测量：称为采样集点法。 1）横向集点法：对应一系列确定的压力值，采集当缸内被测压力与之相平衡时的曲轴转角(或活塞位移)。 2）纵向集点法 ：在一系列曲轴转角下(或对应某些时刻)，采集相应的压力信号值。,2020/9/24,横向集点法,2020/9/24,纵向集点法,2020/9/24,动态参数采集和处理系统,一、系统组成与原理 系统的组成 主要由数据采集器、存贮器、微型计算机、转角信号发生器、图像显示屏、打印机、绘图仪及其它记录设备等组成，一般称为内燃机燃烧分析仪或发动机数据分析系统。,202

14、0/9/24,示功图的数据采集处理系统原理图,2020/9/24,二、数据采集与转换,转角信号发生器 数据采集一般是根据转角脉冲信号来触发采样。当内燃机运行时，它产生两路脉冲信号，即曲轴每转过一定角度产生一个转角脉冲信号和曲轴每转一圈产生一个基准脉冲信号。 转角脉冲间隔的大小，即角度分辨率，表示了采样的密度，它对测量及处理的结果有很大影响。角度分辨率越高，即采样密度越大，相对误差越小，测量就越准确。 转角脉冲信号的产生常用光电法和磁电法来实现。角分辨率一般只能做到10.5。,2020/9/24,二、数据采集与转换,采样及模数转换 电路按转角信号发生器产生的脉冲信号进行采样，然后将采样值储存在保

15、持电容器上。A/D转换器将存储电压转换成数字量，存入微机的内存储器。然后，由微机按编写的程序进行数据处理，由显示器显出处理结果或图形。在需要数据输出时，可经打印机或绘图仪打出数据和绘制曲线。采集的数据也可由微机存入软盘内，以便作进一步计算或长期保存。,2020/9/24,二、数据采集与转换,采样及模数转换 A/D转换器的功能是将放大器输出的模拟信号转换成数字信号，以满足输入电子计算机的需要。 A/D转换器有两个重要指标：分辨率和转换速度。 分辨率用转换成数字量的二进制数的位数来表示，位数越多，分辨率越高，它的“量化误差”就越小。但是位数越多，转换速度就要降低，存储容量也越大。 转换时间是把采样

16、值变成数字量的时间。转换时间越短，转换速度越高。高转换速度有利于采样频率的提高。,2020/9/24,上死点的测定,活塞上死点是发动机基本参数的相位基准，在测录示功图时，如何在图上准确地确定活塞上死点相位，对研究发动机工作过程和进行试验研究具有重要的意义。如利用示功图求平均指示压力时，若示功图上的上死点相位偏差1CA（曲柄转角），则将在平均指示压力值产生5%以上的误差。 此外，工作状态时的上死点（动态上死点）与静态的上死点也存在差异。,2020/9/24,上死点的测定,一、飞轮上死点标记的确定 千分表直接测定法 在上死点附近，活塞相对曲轴转角的位移是很小的。要使活塞在上死点附近移动1/100m

17、m，曲轴必须转动3左右。用这种方法直接测定上死点，会有1的误差。 等行程中点法 这种方法的精度可达0.25曲轴转角。,2020/9/24,等行程中点法,2020/9/24,上死点的测定,二、上死点测定方法 磁电法 工作原理：用电磁感应原理制成的感应式死点传感器，应用比较广泛。 特点：输出电压信号较大，可以直接送记录显示仪器。 存在延迟误差，值的大小随着间隙1、2及飞轮圆周速度的增大而增大。 要求：1=0.150.20mm；2=0.300.40mm,2020/9/24,磁电法测定上死点,2020/9/24,上死点的测定,二、上死点测定方法 光电法 工作原理：用光电效应制成的死点传感器，应用比较广

18、泛。 特点：光电式上死点传感器响应速度快，适用于高速机。 类型：透光式、反射式。,2020/9/24,光电式上死点测定,2020/9/24,上死点的测定,二、上死点测定方法 气缸压缩线法 前面两种上死点测定的方法均以飞轮上的死点标记为基准来测定上死点，这个标记是静态确定的，存在死点的静态误差。当发动机运转时，由于温度、各零件受力、零件间的间隙及运动等的复杂影响，动态死点与静态死点间存在差异。用压缩线法可修正部分误差。 这种方法是一种在动态情况下获取上死点的较实用的方法，并减小由于电路或转速引起的误差，因此应用较多。,2020/9/24,压缩线法修正上死点位置原理图,2020/9/24,上死点的测定,二、上死点测定方法 动态上死点测定 工作原理：利用电容变化进行动态死点测定的。,2020/9/24,示功装置的压力标定,为了保证压力值的精确测量，对压力测量仪表需要进行标定。而测录装置的标定，主要是对压力幅值的标定及频率特性的标定。 压力标定的实质是找出示波图上压力曲线的幅度(例如光点偏离零位的高度)y与压力p之间的函数关系。以便定量地确定示波图上各点的压力值。 压力标定分静态标定、动态标定和随机标定。,2020/9/24,示功装置的压力标定,静态标定 在静态压力的作用下，确定仪表输出量与输入量之间的对应关系，即对仪表的指示值进行分度，并确定反映仪表精度的有关指标。 标定装