第10次课 第六章 压力测量
合集下载
压力和压差测量ppt课件
压力和压差测量
第六组
精选ppt
1
压力的概念
• 压力 垂直作用在单位面积上的力，或流体中单位面积上承受的 力。物理学上称之为“压强”，俗称“压力”。
绝对压力与表压力之间的关系 表压力=绝对压力-大气压 绝对压力=表压力+大气压
精选ppt
2
• 1、重力平衡方法
• 常用压力测量方法
• （1）液柱式压力计 基于液体静力学原理。被测压力与一定高度的工作
精选ppt
8
• 弹簧管压力计
弹簧管压力计又称波登管压 力计·它是一种常见的也是目前 应用最广泛的工程仪表，压力 计的七妥元件是一根育曲成弧 形，电磁流量计螺旋形或s形等 形状的空心管子，其横断面为 非断面，一般最常用的形·面的 短轴方向与管子弯曲的径向方 向一致。
弹簧管压力表的结构如图所示.它主 要由弹簧管、远传式水表连杆机构、指 示机构等组成。
液体产生的重力相平衡，可将被测压力转换成为液柱高度
差进行测量。
（2）负荷式压力计 基于重力平衡原理。将被测压力转换为液柱高度或
平衡重物的重量来测量。
精选ppt
3
• 特点
• 1) 适用于测量正压、负压和绝对压力，测压上限高，用作 校验仪表；
• (2) 测量范围宽，如单活塞压力计测量范围达0.04～ 2500MPa、精度高(± 0.01%)、性能稳定可靠;
精选ppt
据使用要求，针对具体情况作具体分析，我们常见的压力表为
弹簧管压力表，除普通弹簧管压力表之外，还有耐腐蚀的氨用压力表和禁油的氧用压
力表。我们根据以下依据做出种类、型号、量程和精度等级的选择。
• 1、根据工艺生产中对压力测量精度、被测压力高低、以及对附加装置的要求选择。 对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形范围内可靠工作，在选择压力表量 程时，必须根据被测压力的性质(压力变化的快慢)留有足够的余地。一般说来，在被测 压力较稳定的情况下，最大压力值不超过满量程的3/4；在被测压力波动较大的情况下， 最大压力值不超过满量程的2/3；为保证测量精度，被测压力的最小值应不低于满量程 的1/3。常见的压力表量程有0-0.1、0-0.6、0-1、0-4、0-6、0-10、0-15MPa等，举例 说如果工作压力为0.4MPa，工作压力比较稳定，选择0-1MPa的压力表就可以了；如 果工作压力为7MPa、位于压缩机出口压力检测点，选择0-15MPa量程的比较合适，而 选择0-10MPa量程的表则略显偏小。
第六组
精选ppt
1
压力的概念
• 压力 垂直作用在单位面积上的力，或流体中单位面积上承受的 力。物理学上称之为“压强”，俗称“压力”。
绝对压力与表压力之间的关系 表压力=绝对压力-大气压 绝对压力=表压力+大气压
精选ppt
2
• 1、重力平衡方法
• 常用压力测量方法
• （1）液柱式压力计 基于液体静力学原理。被测压力与一定高度的工作
精选ppt
8
• 弹簧管压力计
弹簧管压力计又称波登管压 力计·它是一种常见的也是目前 应用最广泛的工程仪表，压力 计的七妥元件是一根育曲成弧 形，电磁流量计螺旋形或s形等 形状的空心管子，其横断面为 非断面，一般最常用的形·面的 短轴方向与管子弯曲的径向方 向一致。
弹簧管压力表的结构如图所示.它主 要由弹簧管、远传式水表连杆机构、指 示机构等组成。
液体产生的重力相平衡，可将被测压力转换成为液柱高度
差进行测量。
（2）负荷式压力计 基于重力平衡原理。将被测压力转换为液柱高度或
平衡重物的重量来测量。
精选ppt
3
• 特点
• 1) 适用于测量正压、负压和绝对压力，测压上限高，用作 校验仪表；
• (2) 测量范围宽，如单活塞压力计测量范围达0.04～ 2500MPa、精度高(± 0.01%)、性能稳定可靠;
精选ppt
据使用要求，针对具体情况作具体分析，我们常见的压力表为
弹簧管压力表，除普通弹簧管压力表之外，还有耐腐蚀的氨用压力表和禁油的氧用压
力表。我们根据以下依据做出种类、型号、量程和精度等级的选择。
• 1、根据工艺生产中对压力测量精度、被测压力高低、以及对附加装置的要求选择。 对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形范围内可靠工作，在选择压力表量 程时，必须根据被测压力的性质(压力变化的快慢)留有足够的余地。一般说来，在被测 压力较稳定的情况下，最大压力值不超过满量程的3/4；在被测压力波动较大的情况下， 最大压力值不超过满量程的2/3；为保证测量精度，被测压力的最小值应不低于满量程 的1/3。常见的压力表量程有0-0.1、0-0.6、0-1、0-4、0-6、0-10、0-15MPa等，举例 说如果工作压力为0.4MPa，工作压力比较稳定，选择0-1MPa的压力表就可以了；如 果工作压力为7MPa、位于压缩机出口压力检测点，选择0-15MPa量程的比较合适，而 选择0-10MPa量程的表则略显偏小。
压力测量ppt课件
于是，气动放大器将摆杆的运动转换为输出气压的高低。
49
3 测量部分的工作原理
50
§7.5 压力和差压测量仪表的使用 压力（差压）测量系统由被测对象、取压口、导 压管、测量仪表组成。 压力测点位置的选择好坏，信号管（导压管）敷 设正确与否，对压力测量精度具有很大的影响。
1 测压仪表的选用原则 选择测压仪表时需考虑以下方面：
19
1.1构成 变送器是基于负反馈原理工作。
20
测量部分用以检测被测参数x，并将其转换成能被放 大器接受的输入信号Zi（电压、电流、位移、作用 力或力矩等信号）。
反馈部分将变送器输出信号Y转换为反馈信号Zf。 放大器将ε=Zi±Z0-Zf放大、处理为标准信号Y输出。 输出与输入：Y=Kε=K(Zi±Z0-Zf)
15
3 弹性后效 当负荷停止变化(p=p1)或完成卸负荷后（p=0），弹
性元件不是立刻完成相应的变形，而是在一段时 间内继续变形，这张现象称为弹性后效。
16
§7.3 压力（差压）信号的电变送方法
1 变送器 变送器的作用是将各种工艺参数，如温度、压力、
流量、液位等物理量转换成统一的标准信号。
17
18
52
2 取压口的选择 取压口的选择，要考虑测出的压力能真正反映被 测介质的压力，不能有附加的动压头或其它干扰。
取压口要选在管道的直线部分，不能处于流线紊 乱的地方；
取压口的轴线应与被测介质流速方向垂直； 口部与设备内壁平齐，导压管最好不要插入管道 内。 当一定要插入时，管道口平面应严格与流动方向 平行。
1 气动压力（差压）变送器的组成 从结构来看，变送器是由两部分组成：
测量部分：将压力转换成测量力或位移。 转换部分：将测量力或位移转换成标准压力信号。
49
3 测量部分的工作原理
50
§7.5 压力和差压测量仪表的使用 压力（差压）测量系统由被测对象、取压口、导 压管、测量仪表组成。 压力测点位置的选择好坏，信号管（导压管）敷 设正确与否，对压力测量精度具有很大的影响。
1 测压仪表的选用原则 选择测压仪表时需考虑以下方面：
19
1.1构成 变送器是基于负反馈原理工作。
20
测量部分用以检测被测参数x，并将其转换成能被放 大器接受的输入信号Zi（电压、电流、位移、作用 力或力矩等信号）。
反馈部分将变送器输出信号Y转换为反馈信号Zf。 放大器将ε=Zi±Z0-Zf放大、处理为标准信号Y输出。 输出与输入：Y=Kε=K(Zi±Z0-Zf)
15
3 弹性后效 当负荷停止变化(p=p1)或完成卸负荷后（p=0），弹
性元件不是立刻完成相应的变形，而是在一段时 间内继续变形，这张现象称为弹性后效。
16
§7.3 压力（差压）信号的电变送方法
1 变送器 变送器的作用是将各种工艺参数，如温度、压力、
流量、液位等物理量转换成统一的标准信号。
17
18
52
2 取压口的选择 取压口的选择，要考虑测出的压力能真正反映被 测介质的压力，不能有附加的动压头或其它干扰。
取压口要选在管道的直线部分，不能处于流线紊 乱的地方；
取压口的轴线应与被测介质流速方向垂直； 口部与设备内壁平齐，导压管最好不要插入管道 内。 当一定要插入时，管道口平面应严格与流动方向 平行。
1 气动压力（差压）变送器的组成 从结构来看，变送器是由两部分组成：
测量部分：将压力转换成测量力或位移。 转换部分：将测量力或位移转换成标准压力信号。
压力的测量和真空技术ppt课件
范围：600mmHg – 800mmHg , 温度：-10 oC – 40 oC 。最小 分度： 0.5 mmHg，误差 小于等于 1.5 mmHg。 特点：体积小，重量轻，不要固定，要水平放置，精度差。
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
例2：仪器校正值 0.7 mmHg，温度校正 –0.05mmHg (每升温1 oC )，读数 760mmHg，室温 30 oC，求校正后的值。 <762.2mmHg>
温度校正：T的变化致使Hg和黄铜变化的长度不同，当大 于0 oC时，“读数- 校正值”, 当小于0 oC时，“读数+校正 值”
po = (1+t)p/(1+t) = [1+ (-)/(1+t)]p
p为气压计读数；t 为测量温度(oC)；0 oC- 35 oC时，为Hg 的平均体膨胀系数 1.81810-4 K-1，为黄铜线膨胀系数 1.8410-5 K-1，po为校正到0 oC时的大气压值。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.习惯表示： (1)绝对压力 P <实际压力，总压力> (2)相对压力 p = P – Po < 与大气压力Po相比较的压力> (3)正压力 P > Po (4)负压力 P < Po <又称真空，其绝对值称为真空度> (5)差压力 P1- P2 <任意压力P1和P2比较的差值>
U型管压差计 真空表 较高或高真空：
真空规：绝对真空规 麦氏真空规 相对真空规 热偶真空规 电离真空规
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
热能与动力机械测试技术---作业题
热能与动⼒机械测试技术---作业题《热能与动⼒机械测试技术》作业习题（⼀）第⼀章概述1-1 什么是测量？1-2 按照得到最后结果的过程不同，测量⽅法可分为哪三类？1-3 什么是直接测量？什么是间接测量？什么是组合测量？1-4 对于稳态物理量，直接测量时常⽤的⽅法有哪⼏种？1-5 对于⾮稳态和瞬变参数应如何测量？1-6 什么是模拟测量？什么是模拟测量系统，它的优缺点是什么？1-7 什么是数字测量？什么是数字测量系统，它的优缺点是什么？1-8 模拟信号与数字信号的区别是什么？1-9 按⼯作原理，测量仪器⼀般包含哪三个部分？1-10 作为仪器的感受件必须满⾜哪三个条件？1-11 作为仪器的中间件可以完成哪四项任务？1-12 仪器的效⽤件的作⽤是什么？它可以分为哪些种类？1-13 测量仪器按⽤途可分为哪⼏类？范型仪器、试验室⽤仪器和⼯程⽤仪器的特点和使⽤要求是什么？1-14 测量仪器的主要性能指标有哪些？1-15 测量仪器如何表⽰其准确度的级别？1-16 选⽤仪器时应遵循哪两条基本规则？第⼆章误差理论及应⽤2-1 测量的四要素是什么？测量误差分析的作⽤是什么？2-2 什么是误差？⼀般可将测量误差分为哪三类？各类误差有哪些特点？2-3 系统误差的产⽣原因有哪些？消除系统误差有哪些⽅法？2-4 系统误差的综合的常⽤⽅法有哪三种？各有何特点？2-5 符合正态分布的随机误差具有哪四个特征？2-6 剔除可疑测量值的准则有哪⼏种？⼀般地选择原则是什么？2-7 叙述直接测量量的随机误差计算⽅法（包括计算步骤和计算公式）。
2-8 在某发动机处于稳定⼯况下，对输出转矩进⾏了10次测量，得到如下测定值：14.3，14.3，14.5，14.3，13.8，14.0，14.4，14.5，14.3，14.0N·m。
试表达测量结果。
2-9 叙述间接测量量的随机误差计算⽅法（包括计算步骤和计算公式）。
2-10 ⽤⽔⼒测功机测量发动机输出的功率。
第六章压力测量ppt课件
一.。液柱式测压仪表
工作原理：利用工作液的液柱所产生的压力与被测压力平衡 ，根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。其工作液又 称封液，常用的有水、酒精和水银。
1）U型管压力计 2）单管压力计 3）斜管式微压计 ❖ 特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常用于测量
低压、负压、差压。 ❖ 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。
2.膜盒压力计
将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通 常用于测量炉膛和烟道尾部负压，测压范围为0-±40kPa。 可以增大膜片中心位移，提高测压灵敏度。还可把多个膜盒 串接在一起，形成膜盒组。
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
这类传感器大都具有精度高、体积小、动态特性好等优点， 是当前测压技术的主要发展方向
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
第二节 常规测压仪表和传感器
测压仪表：包括液柱式测压仪表 、弹性测压仪表、测压传感 器 （压阻式传感器 、压电式传感器 、电容式差压传感器 ）
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。
工作原理：利用工作液的液柱所产生的压力与被测压力平衡 ，根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。其工作液又 称封液，常用的有水、酒精和水银。
1）U型管压力计 2）单管压力计 3）斜管式微压计 ❖ 特点：结构简单，使用方便，准确度比较高，常用于测量
低压、负压、差压。 ❖ 缺点：体积大，读数不方便，玻璃管易损坏。
2.膜盒压力计
将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通 常用于测量炉膛和烟道尾部负压，测压范围为0-±40kPa。 可以增大膜片中心位移，提高测压灵敏度。还可把多个膜盒 串接在一起，形成膜盒组。
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
这类传感器大都具有精度高、体积小、动态特性好等优点， 是当前测压技术的主要发展方向
.
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
第二节 常规测压仪表和传感器
测压仪表：包括液柱式测压仪表 、弹性测压仪表、测压传感 器 （压阻式传感器 、压电式传感器 、电容式差压传感器 ）
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。
压力的测量PPT课件
(1) 差动整流电路 这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将整流的电压或电流的差值作为输出。
第25页/共154页
T
Ui
x
T
Ui
x
R0 U o
(a)半波电压输出
a Tb
Ui
c x d
R0
Uo
(b)半波电流输出
T
Ui
x
差动整流电路
1
4
29
C1
3
11
R0U o
5
8
6
C2
10
7 (c)全波电压输出
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在 一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底 粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后 的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂 用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树 脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温， 常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
2021/6/4
35
第35页/共154页
一、 金属应变片式传感器
金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它 可将试件上的应变变化转换成电阻变化。
优点： ①精度高，测量范围广 ②频率响应特性较好 ③结构简单，尺寸小，重量轻 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强
磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作 ⑤易于实现小型化、固态化 ⑥价格低廉，品种多样，便于选择
对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖
片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏
第25页/共154页
T
Ui
x
T
Ui
x
R0 U o
(a)半波电压输出
a Tb
Ui
c x d
R0
Uo
(b)半波电流输出
T
Ui
x
差动整流电路
1
4
29
C1
3
11
R0U o
5
8
6
C2
10
7 (c)全波电压输出
（4） 粘结剂
用于将敏感栅固定于基底上，并将盖片与基底粘贴在 一起。使用金属应变片时，也需用粘结剂将应变片基底 粘贴在构件表面某个方向和位置上。以便将构件受力后 的表面应变传递给应变计的基底和敏感栅。
常用的粘结剂分为有机和无机两大类。有机粘结剂 用于低温、常温和中温。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛树 脂、有机硅树脂，聚酰亚胺等。无机粘结剂用于高温， 常用的有磷酸盐、硅酸、硼酸盐等。
2021/6/4
35
第35页/共154页
一、 金属应变片式传感器
金属应变片式传感器的核心元件是金属应变片，它 可将试件上的应变变化转换成电阻变化。
优点： ①精度高，测量范围广 ②频率响应特性较好 ③结构简单，尺寸小，重量轻 ④可在高(低)温、高速、高压、强烈振动、强
磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作 ⑤易于实现小型化、固态化 ⑥价格低廉，品种多样，便于选择
对应变片要求必须根据实际使用情况，合理选择。
（2） 基底和盖片
基底用于保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置，盖
片既保持敏感栅和引线的形状和相对位置，还可保护敏
《压力测量》PPT课件
u KE
3.4.3. 电感式压力传感器 1、结构和工作原理
LW2 RM
RM RF Rg
li 2δ μi Si μ0 S
RF Rg L W 2 μ0 S
2δ
2．自感式压力传感器
按照传感器敏感元件结构形式的不同，可分 为变气隙、变截面和螺管式三种，其中螺管式量 程最大，虽然灵敏度低，但结构简单、便于制作， 因而应用比较广泛。下面以螺管式压差传感器为 例，简要介绍自感式压力传感器的工作原理。螺 管式压差测量原理结构如图
3.3 弹性式压力计
利用材料在弹性范围内变形与外力为线性关系的 原理，制成不同形式及满足不同要求的压力计。
0.1103 MPa
F Apx
F Kx
x
F K
A K
px
一、弹性元件
弹性膜片（膜盒）
波纹管
弹簧管
Δ
P1 2
E
•
R2 bh
1
b2 a2
K
2
μ、Ｅ——弹簧管的泊松系数和弹性模量
h ——弹簧管的壁厚
R KRPx
2. 优点:结构简单、体积小 、稳定性好、动态响应 快、耐振耐冲击、精度 高、线性度好，是传感 器的主流产品。
MPM380 型压阻式压力传感器
接输出信 号
压阻式压力变 送器
接流体
可显示的压 阻式压力变 送器
微型压阻式压力变送器
3.4.7. 压磁式压力传感器
被测压力通过感压弹性膜 片2传递给由坡莫合金制成的 铁芯4，铁芯在压力作用下， 其磁导率发生改变，从而引起 线圈3阻抗变化。显然，线圈 阻抗变化与被测压力有关。
4. 1151系列电容式压力传感器
d 30% d
3.4.5 压电式压力传感器 1 、基本原理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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：
（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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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）。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
（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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
容腔效应 传输管道的数学模型和频率特性
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
四、示功图采集过程的误差分析
（一）测压通道引起的误差
• 活塞位移 • 活塞销与曲 轴铜套间隙
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
X(0), X(1), X(2), ……, X(n)
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
上次课内容回顾
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
Fs ＞ 2 Fmax
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
器、其他压力传感器
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key LaboraБайду номын сангаасory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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：
（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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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）。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
（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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
容腔效应 传输管道的数学模型和频率特性
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
四、示功图采集过程的误差分析
（一）测压通道引起的误差
• 活塞位移 • 活塞销与曲 轴铜套间隙
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
X(0), X(1), X(2), ……, X(n)
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
上次课内容回顾
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。
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
Fs ＞ 2 Fmax
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
器、其他压力传感器
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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。
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。
State Key LaboraБайду номын сангаасory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University
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
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University