1、2020/9/24,示功圖測(cè)錄,機(jī)械示功器 電子示功裝置 動(dòng)態(tài)參數(shù)采集和處理系統(tǒng) 上死點(diǎn)的測(cè)定 示功裝置的壓力標(biāo)定,2020/9/24,示功圖測(cè)錄,示功圖 是氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力隨氣缸容積或曲軸轉(zhuǎn)角變化的圖形，即p-或p-V示功圖。 示功器或示功裝置 測(cè)取氣缸示功圖的儀器。根據(jù)其工作原理不同，示功器可分為機(jī)械示功器、氣電示功器和電子示功裝置三類。,2020/9/24,2020/9/24,2020/9/24,示功圖測(cè)錄,測(cè)錄示功圖的目的： 通過對(duì)示功圖的計(jì)算，求出發(fā)動(dòng)機(jī)性能的指示參數(shù)，如平均指示壓力pi，指示功率Pi和指示熱效率i等。 示功圖中可表示出內(nèi)燃機(jī)工作過程的許多重要參數(shù)：如進(jìn)氣壓力pa、壓縮

2、終點(diǎn)壓力pc、燃燒最高壓力pz等，經(jīng)分析計(jì)算還可得到與燃燒有關(guān)的信息：如壓力升高率dp/d、放熱率dQ/d、著火滯后期i等，為評(píng)價(jià)工作過程的完善程度提供依據(jù)。 根據(jù)示功圖，可確定不同曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)作用于發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件上的力，以便進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。 在試驗(yàn)或運(yùn)用中，借助示功圖可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行配氣定時(shí)及噴油或點(diǎn)火提前角的最佳調(diào)整，發(fā)現(xiàn)并消除異常噴射、異常燃燒等故障。,2020/9/24,機(jī)械示功器,結(jié)構(gòu)和工作原理 機(jī)械示功器小活塞和彈簧的選擇 示功器傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械示功器的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍 示功圖的測(cè)取方法及注意事項(xiàng),2020/9/24,機(jī)械示功器,2020/9/24,機(jī)械示功器,機(jī)械示功器小活塞和

3、彈簧的選擇 三套活塞：標(biāo)號(hào)1/1、1/2、1/5。在測(cè)p-V示功圖時(shí)均采用1/5小活塞，當(dāng)測(cè)取反映進(jìn)排氣過程的弱彈簧示功圖時(shí)則采用1/1小活塞。 不同剛度的彈簧。,2020/9/24,四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)弱彈簧示功圖,2020/9/24,曲柄式傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2020/9/24,凸輪式傳動(dòng)機(jī)構(gòu),2020/9/24,機(jī)械示功器,機(jī)械示功器的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍 機(jī)械示功器由于它利用機(jī)械位移方法進(jìn)行測(cè)量，必然帶來機(jī)械式測(cè)量?jī)x器的固有缺陷，如感受缸內(nèi)壓力和反映活塞位移部分具有一定的質(zhì)量（強(qiáng)度要求），而其彈簧剛度不能太大（靈敏度要求），致使它的自振頻率很低，不適用于高速內(nèi)燃機(jī)，只適用于低速機(jī)和部分中速機(jī)（如轉(zhuǎn)速低于40

4、0 r/min的內(nèi)燃機(jī)）。 目前，機(jī)械示功器在大型低速船用柴油機(jī)上被廣泛用作隨機(jī)測(cè)試儀表，供監(jiān)控柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使用。,2020/9/24,機(jī)械示功器,示功圖的測(cè)取方法及注意事項(xiàng) 使用前應(yīng)對(duì)示功器進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，使其可動(dòng)部分應(yīng)有良好的潤(rùn)滑，保證小活塞在氣缸內(nèi)能以自身重量均勻下滑。當(dāng)示功器與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的距離大于1.5m時(shí)，應(yīng)選用鋼絲軟繩； 使柴油機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定，即各運(yùn)行參數(shù)達(dá)到正常值并保持穩(wěn)定不變；選擇適宜的海況和氣象條件； 安裝示功器前，必須先打開示功閥把通路中的積炭及雜質(zhì)吹凈；,2020/9/24,機(jī)械示功器,示功器安裝后，應(yīng)先在轉(zhuǎn)筒的記錄紙上畫出大氣壓力線； 測(cè)量示功圖時(shí)輕按畫筆尖以防劃破記錄紙；

5、 測(cè)取滿意的示功圖后，應(yīng)注明日期、缸號(hào)、轉(zhuǎn)速、排溫、油門格數(shù)、彈簧比例等，并與駕駛臺(tái)聯(lián)系記錄氣候、風(fēng)力、風(fēng)向、潮流、吃水、船速等，供分析時(shí)參考。 為準(zhǔn)確起見，最好每缸測(cè)取2個(gè)示功圖。當(dāng)測(cè)取5至6個(gè)示功圖后，應(yīng)拆下示功器進(jìn)行冷卻。測(cè)量完畢，應(yīng)對(duì)示功器進(jìn)行徹底清潔和保養(yǎng)。,2020/9/24,電子示功裝置,壓電式示功裝置 電阻應(yīng)變式示功裝置 電容式示功裝置,2020/9/24,電子示功裝置,較完整的內(nèi)燃機(jī)示波圖,2020/9/24,電子示功裝置,按所采用的傳感器進(jìn)行分類，可分為： 壓電式示功裝置 電阻應(yīng)變式示功裝置 電容式示功裝置,2020/9/24,電子示功裝置,一、壓電式示功裝置 壓電式壓力傳

6、感器 壓電傳感器是根據(jù)晶體的壓電效應(yīng)而制成的。 壓電效應(yīng)：有些結(jié)晶物質(zhì)沿它的某個(gè)結(jié)晶軸受到力的作用時(shí)，其內(nèi)部有極化現(xiàn)象，在它的表面上有電荷集結(jié)，其大小和作用力的大小成正比，這種效應(yīng)稱為“正壓電效應(yīng)”。,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,壓電式壓力傳感器 壓電材料：具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。可利用的壓電晶體很多，作為壓電傳感器材料的壓電晶體有石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。 由于石英晶體具有機(jī)械強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)燃機(jī)測(cè)試中應(yīng)用較廣。,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,石英晶體,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,晶體切片電荷符號(hào)與受力方向關(guān)系,2020/9/2

7、4,一、壓電式示功裝置,壓電式壓力傳感器 縱向壓電效應(yīng)：沿電軸（Xx軸）方向受力所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)。當(dāng)沿電軸方向作用有力Fx時(shí)，則在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx，它的大小為： qx=k33Fx 式中 k33縱向壓電系數(shù)。,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,壓電式壓力傳感器 橫向壓電效應(yīng)：沿機(jī)械軸（Yy軸）方向受力所產(chǎn)生的壓電效應(yīng) 。沿機(jī)械軸方向作用有力FY時(shí)，仍在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qY，它的大小為： 式中 a晶體切片的長(zhǎng)度； b為晶體切片的厚度； k31橫向壓電系數(shù)。,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,晶體切片電荷符號(hào)與受力方向關(guān)系,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,

8、壓電式壓力傳感器 注意： 在高壓測(cè)量中，常利用石英晶體的縱向壓電效應(yīng)，晶體的機(jī)械強(qiáng)度高。為使傳感器有較高的靈敏度，多采用并聯(lián)式的多晶片組合壓電元件。 低壓測(cè)量利用晶體的橫向壓電效應(yīng)，受壓時(shí)機(jī)械強(qiáng)度較低，但增加晶體切片的長(zhǎng)度與寬度的比值，即可提高靈敏度。,2020/9/24,常規(guī)的壓電石英壓力傳感器,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,多晶體組合元件壓電傳感器,兩壓電片的聯(lián)接方式,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,利用橫向壓電效應(yīng)的壓電傳感器,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,壓電式壓力傳感器 特點(diǎn)： 1、固有頻率很高，傳感器尺寸可以做得很小，壓力傳感器外形尺寸已做到5，重量也較

9、輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這有利于將傳感器安裝至燃燒室表面進(jìn)行無通道壓力測(cè)量； 2、振動(dòng)對(duì)壓電式傳感器有顯著的影響，尤其表現(xiàn)在低壓測(cè)量中，可用附加重塊補(bǔ)償；,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,3、溫度影響明顯。 1）靈敏度會(huì)隨溫度的增高而降低； 2）溫度升高而產(chǎn)生熱膨脹，造成對(duì)晶體預(yù)緊力的改變，從而使傳感器輸出產(chǎn)生漂移 ； 溫度補(bǔ)償： 1）組織冷卻； 2）安裝膨脹塊； 3）采用特殊膜片。,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,石英晶體壓電靈敏度與溫度關(guān)系,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,溫度補(bǔ)償結(jié)構(gòu),2020/9/24,一、壓電式示功裝置,測(cè)量電路 壓電傳感器輸出的電荷信號(hào)應(yīng)經(jīng)放大器放大并

10、轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，常采用的是電荷放大器和電壓放大器。使用電荷放大器時(shí)，電纜長(zhǎng)度變化的影響幾乎可以忽略不計(jì)?；诖它c(diǎn)，電荷放大器的應(yīng)用日益增多。 電荷放大器電壓輸出的大小與電荷Q成正比，其關(guān)系式為：,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,電荷放大器方框圖,2020/9/24,一、壓電式示功裝置,記錄顯示裝置 電子示功裝置的顯示記錄設(shè)備常采用的有數(shù)字示波器和磁帶記錄儀等。,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,電阻應(yīng)變式壓力傳感器 將應(yīng)變片粘貼在承壓應(yīng)變?cè)隙龀筛鞣N各樣的電阻應(yīng)變式傳感器。 承壓元件應(yīng)具有自振頻率高、靈敏度高、強(qiáng)度大、穩(wěn)性好、彈性滯后小等性能。 按承壓元件的形狀不同分為應(yīng)

11、變筒式及應(yīng)變板式等結(jié)構(gòu)形式。,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,應(yīng)變筒式壓力傳感器,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,應(yīng)變板式壓力傳感器,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,應(yīng)變筒式：這種傳感器可用于內(nèi)燃機(jī)中較高壓力的測(cè)量。 應(yīng)變板式：傳感器靈敏度高，適合于高溫低壓方面的壓力測(cè)量，常用來測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣壓力及換氣過程中的缸內(nèi)壓力。,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,測(cè)量電路,2020/9/24,二、電阻應(yīng)變式示功裝置,特點(diǎn)： 它不存在類似于壓電系統(tǒng)的信號(hào)直流漂移、隨機(jī)零線及工作點(diǎn)漂移問題； 靜態(tài)標(biāo)定較容易，一般用的放大器較普及，工作穩(wěn)定性好，測(cè)量精度較高

12、； 傳感器較便宜，但尺寸大、輸出小、壽命短； 由于載波頻率的限制，其高頻特性稍差。,2020/9/24,三、電容式示功裝置,電容式壓力傳感器,2020/9/24,三、電容式示功裝置,測(cè)量電路,2020/9/24,四、電子示功裝置的特點(diǎn),1、固有頻率高，即具有良好的高頻特性，所以它的頻率特性寬，適用于低、中、高速機(jī)使用，測(cè)量誤差小于1； 2、電子示功裝置靈敏度高，線性好； 3、易受外界干擾影響； 4、與計(jì)算機(jī)組成一套完整的多參數(shù)綜合測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)、數(shù)字顯示及自動(dòng)控制，完成對(duì)內(nèi)燃機(jī)的診斷、趨向預(yù)報(bào)等監(jiān)控技術(shù)。,2020/9/24,動(dòng)態(tài)參數(shù)采集和處理系統(tǒng),一、系統(tǒng)組成與原理 動(dòng)

13、態(tài)壓力測(cè)錄方法 連續(xù)測(cè)量：測(cè)錄過程是在某一循環(huán)中連續(xù)進(jìn)行的，最終得到的是一條連續(xù)變化的壓力曲線。 離散測(cè)量：稱為采樣集點(diǎn)法。 1）橫向集點(diǎn)法：對(duì)應(yīng)一系列確定的壓力值，采集當(dāng)缸內(nèi)被測(cè)壓力與之相平衡時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角(或活塞位移)。 2）縱向集點(diǎn)法 ：在一系列曲軸轉(zhuǎn)角下(或?qū)?yīng)某些時(shí)刻)，采集相應(yīng)的壓力信號(hào)值。,2020/9/24,橫向集點(diǎn)法,2020/9/24,縱向集點(diǎn)法,2020/9/24,動(dòng)態(tài)參數(shù)采集和處理系統(tǒng),一、系統(tǒng)組成與原理 系統(tǒng)的組成 主要由數(shù)據(jù)采集器、存貯器、微型計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器、圖像顯示屏、打印機(jī)、繪圖儀及其它記錄設(shè)備等組成，一般稱為內(nèi)燃機(jī)燃燒分析儀或發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。,202

14、0/9/24,示功圖的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)原理圖,2020/9/24,二、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器 數(shù)據(jù)采集一般是根據(jù)轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào)來觸發(fā)采樣。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，它產(chǎn)生兩路脈沖信號(hào)，即曲軸每轉(zhuǎn)過一定角度產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào)和曲軸每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。 轉(zhuǎn)角脈沖間隔的大小，即角度分辨率，表示了采樣的密度，它對(duì)測(cè)量及處理的結(jié)果有很大影響。角度分辨率越高，即采樣密度越大，相對(duì)誤差越小，測(cè)量就越準(zhǔn)確。 轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào)的產(chǎn)生常用光電法和磁電法來實(shí)現(xiàn)。角分辨率一般只能做到10.5。,2020/9/24,二、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路按轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣，然后將采樣值儲(chǔ)存在保

15、持電容器上。A/D轉(zhuǎn)換器將存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存入微機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器。然后，由微機(jī)按編寫的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由顯示器顯出處理結(jié)果或圖形。在需要數(shù)據(jù)輸出時(shí)，可經(jīng)打印機(jī)或繪圖儀打出數(shù)據(jù)和繪制曲線。采集的數(shù)據(jù)也可由微機(jī)存入軟盤內(nèi)，以便作進(jìn)一步計(jì)算或長(zhǎng)期保存。,2020/9/24,二、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換,采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以滿足輸入電子計(jì)算機(jī)的需要。 A/D轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)重要指標(biāo)：分辨率和轉(zhuǎn)換速度。 分辨率用轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示，位數(shù)越多，分辨率越高，它的“量化誤差”就越小。但是位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換速度就要降低，存儲(chǔ)容量也越大。 轉(zhuǎn)換時(shí)間是把采樣

16、值變成數(shù)字量的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，轉(zhuǎn)換速度越高。高轉(zhuǎn)換速度有利于采樣頻率的提高。,2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,活塞上死點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的相位基準(zhǔn)，在測(cè)錄示功圖時(shí)，如何在圖上準(zhǔn)確地確定活塞上死點(diǎn)相位，對(duì)研究發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程和進(jìn)行試驗(yàn)研究具有重要的意義。如利用示功圖求平均指示壓力時(shí)，若示功圖上的上死點(diǎn)相位偏差1CA（曲柄轉(zhuǎn)角），則將在平均指示壓力值產(chǎn)生5%以上的誤差。 此外，工作狀態(tài)時(shí)的上死點(diǎn)（動(dòng)態(tài)上死點(diǎn)）與靜態(tài)的上死點(diǎn)也存在差異。,2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,一、飛輪上死點(diǎn)標(biāo)記的確定 千分表直接測(cè)定法 在上死點(diǎn)附近，活塞相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的位移是很小的。要使活塞在上死點(diǎn)附近移動(dòng)1/100m

17、m，曲軸必須轉(zhuǎn)動(dòng)3左右。用這種方法直接測(cè)定上死點(diǎn)，會(huì)有1的誤差。 等行程中點(diǎn)法 這種方法的精度可達(dá)0.25曲軸轉(zhuǎn)角。,2020/9/24,等行程中點(diǎn)法,2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,二、上死點(diǎn)測(cè)定方法 磁電法 工作原理：用電磁感應(yīng)原理制成的感應(yīng)式死點(diǎn)傳感器，應(yīng)用比較廣泛。 特點(diǎn)：輸出電壓信號(hào)較大，可以直接送記錄顯示儀器。 存在延遲誤差，值的大小隨著間隙1、2及飛輪圓周速度的增大而增大。 要求：1=0.150.20mm；2=0.300.40mm,2020/9/24,磁電法測(cè)定上死點(diǎn),2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,二、上死點(diǎn)測(cè)定方法 光電法 工作原理：用光電效應(yīng)制成的死點(diǎn)傳感器，應(yīng)用比較廣

18、泛。 特點(diǎn)：光電式上死點(diǎn)傳感器響應(yīng)速度快，適用于高速機(jī)。 類型：透光式、反射式。,2020/9/24,光電式上死點(diǎn)測(cè)定,2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,二、上死點(diǎn)測(cè)定方法 氣缸壓縮線法 前面兩種上死點(diǎn)測(cè)定的方法均以飛輪上的死點(diǎn)標(biāo)記為基準(zhǔn)來測(cè)定上死點(diǎn)，這個(gè)標(biāo)記是靜態(tài)確定的，存在死點(diǎn)的靜態(tài)誤差。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于溫度、各零件受力、零件間的間隙及運(yùn)動(dòng)等的復(fù)雜影響，動(dòng)態(tài)死點(diǎn)與靜態(tài)死點(diǎn)間存在差異。用壓縮線法可修正部分誤差。 這種方法是一種在動(dòng)態(tài)情況下獲取上死點(diǎn)的較實(shí)用的方法，并減小由于電路或轉(zhuǎn)速引起的誤差，因此應(yīng)用較多。,2020/9/24,壓縮線法修正上死點(diǎn)位置原理圖,2020/9/24,上死點(diǎn)的測(cè)定,二、上死點(diǎn)測(cè)定方法 動(dòng)態(tài)上死點(diǎn)測(cè)定 工作原理：利用電容變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)死點(diǎn)測(cè)定的。,2020/9/24,示功裝置的壓力標(biāo)定,為了保證壓力值的精確測(cè)量，對(duì)壓力測(cè)量?jī)x表需要進(jìn)行標(biāo)定。而測(cè)錄裝置的標(biāo)定，主要是對(duì)壓力幅值的標(biāo)定及頻率特性的標(biāo)定。 壓力標(biāo)定的實(shí)質(zhì)是找出示波圖上壓力曲線的幅度(例如光點(diǎn)偏離零位的高度)y與壓力p之間的函數(shù)關(guān)系。以便定量地確定示波圖上各點(diǎn)的壓力值。 壓力標(biāo)定分靜態(tài)標(biāo)定、動(dòng)態(tài)標(biāo)定和隨機(jī)標(biāo)定。,2020/9/24,示功裝置的壓力標(biāo)定,靜態(tài)標(biāo)定 在靜態(tài)壓力的作用下，確定儀表輸出量與輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即對(duì)儀表的指示值進(jìn)行分度，并確定反映儀表精度的有關(guān)指標(biāo)。 標(biāo)定裝