第10次课 第六章 压力测量

器、其他压力传感器
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三、气流压力的测量
1 2 p p const 2 气流总压测量 • 单点L形总压管 • 圆柱形总压管 • 带导流套的总压管 • 多点总压管：多点梳妆总压管、耙状总压管 • 边界层总压管 气流静压的测量 • 壁面静压孔 • 静压管:L形静压管、圆盘形静压管、带导流管的静压管
采样定理
采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离 散点x(nt)的值的过程。
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X(0), X(1), X(2), ……, X(n)
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测压通道引起的误差分析
1.改变了发动机原有的工作状态
测压通道和空腔的存在，增加了内燃机气缸的余隙容积，内燃 机压缩比减小，压缩终点压力下降，工作状态发生变化。
2.滞后和腔振
气缸内的动态压力通过测压通道内的弹性气体传递给压力传感 器，气体的弹性和阻尼作用使传递到压力传感器的压力相位滞
后，尤其在气缸压力突变时，其脉冲压力波在通道中交替传递 与反射，形成通道内气体的自振（腔振）。
（三）温度变化引起的误差
压力传感器对温度的变化很敏感，尤其是压电元件的压电常数
因温度的变化而改变，使测量系统的输出发生漂移。 为减小温度变化对传感器的影响，应十分注意传感器在测试时 的冷却条件，此外，亦可采用带温度补偿片的压电传感器，以 消除气缸高温燃气带来的影响。
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每周期应该有多少采样点？
最少2点:
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• 活塞位移 • 活塞销与曲 轴铜套间隙
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2.气缸压缩线法
利用压力传感器，在倒拖或灭缸的情况下，测得气缸的压缩压 力曲线，如图6-34所示。在压缩曲线的上部，作若干平行于大 气压力线的直线，连接这些直线的中点即可得到上止点线。
热能与动力机械 测试技术
天津大学机械学院 内燃机燃烧学国家重点实验室
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第六章 压力测量
压力测量概述；
本章主要内容
常规测压仪表和传感器；
气流压力测量；
测压仪表的标定；
压力测量系统的动态标定； 内燃机气缸动态压力测量。
由于用这种方法求得的上止点 比较接近工作状态下的动态上 止点，因此被广泛采用。
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3.电容法（直接动态测定法）
利用电容式传感器原理 ，将最大电容量的信号作为动态上止 点的信号,从而确定上止点。 由于活塞和连杆受力变形以及温 度变化的影响，对于四冲程发动 机，压缩和排气冲程利用电容法 测得的动态上止点相位是有差异 的，一般压缩冲程比排气冲程终 了时所测得的上止点相位领先。 由于在试验中难以准确测定实际 动态上止点位臵，因此在进行示 功图精确分析时，需要进行上止 点的热力学修正。
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对数示功图修正上止点
上止点位臵正确：对数坐标示功图上，压缩线高于膨胀线，且 在上止点附件两条线呈近似直线分开。 上止点位臵不正确：对数坐标示功图上，压缩过程和膨胀过程 不可能呈直线，有时甚至会出现膨胀过程线高于压缩过程线的 情况。
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线段 1-2 为进气过程，随 气缸容积增大 , 不断地把 新鲜充量吸入气缸。 线段 2-3 为压缩过程，随 着气缸容积的减小，气缸 内气体受到压缩，压力不 断升高。
线段3-4为燃烧过程，此时燃烧极为迅速,容积变化很小但气缸内 压力增高很多。 线段4-5为高温燃气的膨胀过程，随着气缸容积的增大，气缸内 气体压力不断降低。 线段5-1为排气过程,开始排气时气缸内压力较高，燃气自由排入 大气，随着气缸容积的减小，活塞把废气排挤出去。
一、压力测量概述
基本概念：绝对压力、表压力、真空度 压力单位：pa、Mpa、mmH2O、mmHg、公斤力 压力测量方法：重力、弹性力、物理性质
二、常规测压仪表和传感器
液柱式测压仪表：U型管压力计、单管压力计、斜管微压计 弹性测量仪表：弹簧管压力计、膜式压力计、波纹管式差
压计
最高压力表：机械式最高压力表、气电式最高压力表 典型测压传感器：石英晶体压电传感器、电容式差压传感
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热力损失角
由于柴油机在拖动过程中存在漏气和散热损失，所以拖动p-ψ 图在压缩线峰值不在真正的压缩上止点，而在真正的压缩上止 点前一个角度，即热力损失相位差
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F ( j ) 1 m 0 m

Fs ( j ) F[j( s)] ...
s m
1 T
F(j)
s /2
0
F[j(s)] ...
m
m
s

0
频域解释
0 t 0 f
0 t 0 f
0 t 0 f
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采样定理
为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信 号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高 频率成分的 2 倍。这是采样的基本法则，称为采 样定理。
*
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今天讲课内容
四、内燃机气缸动态压力测量
概述 内燃机气缸动态压力测量方法 上止点位臵和曲轴转角信号的确定
示功图采集过程的误差分析
五、测压仪表的标定
静态标定
动态标定
六、压力测量系统的动态特性
2.磁电法
利用磁电式传感器原理，在曲轴上安装一个齿盘，磁电式传感
器固定不动，当曲轴旋转、齿盘上的每一个齿经过传感器时， 都会产生一个感应电动势脉冲，齿盘的齿数就决定产生的脉冲 数，以此来确定曲轴转角的度数。
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容腔效应 传输管道的数学模型和频率特性
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第四部分 内燃机气缸动态压力测量
一、概述
内燃机动态压力的测量:是指气缸中随曲轴转角或气缸容积而变 化的动态压力的测量,也就是通常所说p-φ或p-V示功图的测录。 示功图的形状如下图所示。
（二）上止点位置引起的误差
决定上止点的相位，对示功图的精度有很大的影响，上止点位 臵是根据示功图进行放热率、平均指示压力等计算的依据。若 上止点相位偏差1o曲轴转角，就可能使平均指示压力产生约5.5 ％的误差，使平均转矩产生约5％的误差。反之，若要保证平 均指示压力的误差小于 l ％，则要求上止点的相位偏差不超过 0.2o曲轴转角。 为提高上止点相位精度，可对其进行热力学修正。在气缸压缩 线法确定上止点位臵时所采用的倒拖压缩示功图上，上止点附 件较小区段内多变指数 n接近常数，而膨胀多变指数大于压缩 多变指数。
Fs ＞ 2 Fmax
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在设计离散系统时，采样定理是必须严 格遵循的一条准则，因为它指明了从采 样信号中不失真地复现原连续信号所必 须的理论上的最小采样周期T。
相邻两频谱互不重叠的条件是：
s 2 m
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（二）曲轴转角信号的确定
1.光电法
利用光电式传感器的原理，在光栅盘的外圈按所要求的角分辨 率加工一定数目的转角光栅，在光栅盘的内圈只加工一条光栅 作上止点信号用。当光源通过光栅到达另一侧由两个光电元件 制成的接受器时，分别产生转角和上止点两组信号。
如果
s 2 m
就会出现相邻部分频谱重叠的现象 。这时就难以准确地恢复原来的连 续信号了。
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1、信号抽样的理论分析(1/3)
理想抽样信号的频谱分析
抽样信号fs(t)频谱与抽样间隔T关系：
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二、内燃机气缸动态压力测量方法
最常用传感器：石英晶体压电传感器 机械方法测量（基本不用） 电测方法测量
在示功图测录过程中，压力传感器一般均安装在气缸盖上，传
感器端部与气缸盖底面，即与燃烧室之间有一段通道，气缸内
压力经此通道传到传感器膜片上，因此由于加工工艺上的原因 ，必然存在空腔，由此会产生误差。
因此在压力传感器安装时，尽量
使其端面与气缸盖底面平齐，以 便减小测压通道的影响。
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学习要求： ☆ 要求掌握流体稳态压力测量的基本原理、稳态压力传感器 的形式及构成，测量误差产生的原因及解决方法。 ☆ 动态压力测量传感器的原理、基本结构。 ☆示功图测量装置以及误差分析。
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上次课内容回顾
3.上止点基准法
由于两个上止点信号之间的曲轴转角为360°，因此当内燃机 运转时，可以根据不断产生的上止点信号，利用计算机数据处 理系统来求得曲轴转角信号。
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四、示功图采集过程的误差分析
（一）测压通道引起的误差
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三、上止点位臵和曲轴转角信号的确定
（一）上止点位臵的确定
1．磁电法
当内燃机工作，飞轮转动时，由于凸尖与磁铁间隙Δl处磁通的 变化，线圈a、b两端将输出一个变化的电动势。若上止点标记 对正时，使凸尖正好对准磁铁中心线C－C，则电动势曲线中 的C点即为上止点。 这种方法测 得的上止点 实际上为静 态上止点。
（1）横向集点法：对应某些确定的压力值，采集气 缸压力与之相对应的曲轴转角。（基本不用） （2）纵向集点法：确定的曲轴转角下采集相应的缸 内气体压力值。 采用角标仪（光电传感器等）获得曲轴转角信号和上 止点信号，采用石英压电传感器和电荷放大器获得气 缸压力信号。
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