示功图测录

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2016/7/17
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。
2016/7/17
机械示功器
⑷示功器安装后,应先在转筒的记录纸上画出大气压 力线; ⑸测量示功图时轻按画笔尖以防划破记录纸; ⑹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。 ⑺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。
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常 规 的 压 电 石 英 压 力 传 感 器
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一、压电式示功装置
两压电片的联接方式 多晶体组合元件压电传感器
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一、压电式示功装置
利用横向压电效应的压电传感器
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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Φ5,重量也较 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;
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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
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机 械 示 功 器
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机械示功器
机械示功器小活塞和弹簧的选择 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。
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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。
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一、压电式示功装置
石英晶体压电灵敏度与温度关系
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一、压电式示功装置
温度补偿结构
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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:
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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1°CA(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。
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一、压电式示功装置
晶体切片电荷符号与受力方向关系
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一、压电式示功装置
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。
U 0 Q C f
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一、压电式示功装置
电荷放大器方框图
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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。
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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变筒式及 应变板式等结构形式。
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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 1/100mm,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。
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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(Y—y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: q y k31 a Fy
b
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。
示功图的数据采集处理系统原理图
2016/7/17
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1°~0.5°。
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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。
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一、压电式示功装置
石英晶体
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一、压电式示功装置
晶体切片电荷符号与受力方向关系
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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(X—x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。
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二、电阻应变式示功装置
应 变 筒 式 压 力 传 感 器
2016/7/17
二、电阻应变式示功装置
应 变 板 式 压 力 传 感 器
2016/7/17
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。
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三、电容式示功装置
电容式压力传感器
2016/7/17
三、电容式示功装置
测量电路
2016/7/17
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。
2016/7/17
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示功图测录
测录示功图的目的:
⑴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ηi等。 ⑵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/dφ、放热率dQ/dφ、着火滞后期τi等,为评 价工作过程的完善程度提供依据。 ⑶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。 ⑷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。
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二、电阻应变式示功装置
测量电路
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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; 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。
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
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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-φ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。
一、压电式示功装置 压电式压力传感器 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”。
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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。
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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
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电子示功装置
较完整的内燃机示波图
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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
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电子示功装置
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横向集点法
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纵向集点法
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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。
2016/7/17
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机械示功器
示功图的测取方法及注意事项 ⑴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; ⑵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; ⑶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;
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四 冲 程 发 动 机 弱 弹 簧 示 功 图
2016/7/17
曲 柄 式 传 动 机 构
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2016/7/17
凸 轮 式 传 动 机 构
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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400 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。
2016/7/17
动态参数采集和处理系统
一、系统组成与原理 动态压力测录方法 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。
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