第10次课第六章压力测量

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1、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压力测量概述；压力测量概述；常规测压仪表和传感器；常规测压仪表和传感器；气流压力测量；气流压力测量；测压仪表的标定；测压仪表的标定；压力测量系统的动态标定；压力测量系统的动态标定；内燃机气缸动态压力测量。内燃机气缸动态压力测量。本章主要内容学习要求：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。 第六章 压

2、力测量压力测量State Key Laboratory of Engines, Tianjin University上次课内容回顾一、压力测量概述一、压力测量概述基本概念：基本概念：绝对压力、表压力、真空度压力单位：压力单位：pa、Mpa、mmH2O、mmHg、公斤力压力测量方法：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二、常规测压仪表和传感器液柱式测压仪表：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：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：典型测压传感器：石英晶体

3、压电传感器、电容式差压传感器、其他压力传感器State Key Laboratory of Engines, Tianjin University三、气流压力的测量三、气流压力的测量气流总压测量气流总压测量 单点单点L形总压管形总压管 圆柱形总压管圆柱形总压管 带导流套的总压管带导流套的总压管 多点总压管多点总压管：多点梳妆总压管、耙状总压管 边界层总压管边界层总压管气流静压的测量气流静压的测量 壁面静压孔壁面静压孔 静压管静压管: :L形静压管、圆盘形静压管、带导流管的静压管*212ppconstState Key Laboratory of Engines, Tianjin Univers

4、ity今天讲课内容四、内燃机气缸动态压力测量四、内燃机气缸动态压力测量概述概述内燃机气缸动态压力测量方法内燃机气缸动态压力测量方法上止点位置和曲轴转角信号的确定上止点位置和曲轴转角信号的确定示功图采集过程的误差分析示功图采集过程的误差分析五、测压仪表的标定五、测压仪表的标定静态标定静态标定动态标定动态标定六、压力测量系统的动态特性六、压力测量系统的动态特性容腔效应容腔效应传输管道的数学模型和频率特性传输管道的数学模型和频率特性State Key Laboratory of Engines, Tianjin University第四部分第四部分 内燃机气缸动态压力测量内燃机气缸动态压力测量一、概

5、述一、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-或p-V示功图的测录。 示功图的形状如下图所示。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University线段3-4为燃烧过程燃烧过程，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。线段1-2为进气过程进气过程，随气缸容积增大,不断地把新鲜充量吸入

6、气缸。线段2-3为压缩过程压缩过程，随着气缸容积的减小，气缸内气体受到压缩，压力不断升高。State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University二、内燃机气缸动态压力测量方法二、内燃机气缸动态压力测量方法l 机械方法测量（机械方法测量（基本不用基本不用）l 电测方法测量电测方法测量（1）横向集点法：对应某些确定的压力值，采集气）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。（缸压力与之相对应的曲轴转角。（基本不用基本不用）（

7、2）纵向集点法：确定的曲轴转角下采集相应的缸）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。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。缸压力信号。最常用传感器：石英晶体压电传感器最常用传感器：石英晶体压电传感器State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University三、上止点

8、位置和曲轴转角信号的确定三、上止点位置和曲轴转角信号的确定（一）上止点位置的确定（一）上止点位置的确定1 1磁电法磁电法当内燃机工作，飞轮转动当内燃机工作，飞轮转动时，由于凸尖与磁铁间隙时，由于凸尖与磁铁间隙l处磁通的处磁通的变化，线圈变化，线圈a、b两端将输出一个变化的电动势。若上止点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标记对正时，使凸尖正好对准磁铁中心线CC，则电动势，则电动势曲线中的曲线中的C点即为上止点。点即为上止点。这 种 方 法 测这 种 方 法 测得 的 上 止得 的 上 止点 实 际 上点 实 际 上为 静 态 上为 静 态 上止点。止点。活

9、塞位移活塞位移活塞销与曲活塞销与曲轴铜套间隙轴铜套间隙State Key Laboratory of Engines, Tianjin University2.2.气缸压缩线法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，如图力曲线，如图6-346-34所示。在压缩曲线的上部，作若干平行于所示。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。由于用这种方法求得的上止点由于用这种方法求得的上止点比较接近工作状态下的动比较接近工作

10、状态下的动态上止点，因此被广泛采态上止点，因此被广泛采用。用。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University3.3.电容法（直接动态测定法）电容法（直接动态测定法）利用电容式传感器原理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，将最大电容量的信号作为动态上止点的信号点的信号, ,从而确定上止点。从而确定上止点。由于在试验中难以准确测定实际由于在试验中难以准确测定实际动态上止点位置，因此在进行示动态上止点位置，因此在进行示功图精确分析时，需要进行上止功图精确分析时，需要进行上止点的点的热力学修正热力学修正。由于活塞和连杆受力变形

11、以及温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。了时所测得的上止点相位领先。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University（二）曲轴转角信号的确定（二）曲轴转角信号的确定1.1.光电法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