本章主要內容穩態壓力測量最高壓力測量動態壓力測量測壓儀表的標定示功圖的測錄及誤差分析7.1

穩態壓力測量7.1.1

液柱式壓力計利用工作液的液柱產生的壓力與被測壓力相平衡的原理進

壓。其中，工作液也稱封液，常用的有水、

和水銀。主要結構形式有U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計三種形式，如圖7.1所示，其中U形管壓力計最為常用。7.1

穩態壓力測量7.1.2

彈性壓力計1.

測量原理圖7.2為普通C型單管壓力計的結構示意圖。測量時，彈簧管輸入被測壓力后，其橢圓形截面有變回的趨勢，于是將引起圓弧半徑的變化，彈簧管趨于伸直，從而使

端發生角位移，此位移借助傳 構轉變成中心齒輪的旋轉角度。7.1

穩態壓力測量7.1.2

彈性壓力計彈性壓力計的誤差分析彈性滯后誤差溫度誤差間隙和摩擦誤差7.2

最高壓力測量7.2.1

機械式測量氣缸壓力時，將壓力表與內燃機燃燒空接通。壓縮空氣或燃氣

力表的側壓元件彈簧管中。止回閥將儀表通道分成上下兩腔，下腔與燃燒室相通，上腔與指示儀表相通。當燃氣或壓縮空氣進入下腔時，下腔壓力高于上腔，止回閥被頂開，離開閥座，從而壓縮空氣或燃氣進入指示儀表；當下腔壓力低于上腔時、止回閥落座，防止進入表內的氣體倒流。直到上腔壓力不再繼續增高時，壓力表所指示的數值即為氣缸內被測氣體的脈動壓力最高值。7.2

最高壓力測量7.2.2

氣電式氣電式壓力表的傳感器的膜片將傳感器內腔分為上下兩部分，分別與外加高壓氣和氣缸相通。測量時，膜片隨氣缸壓力上升而發生向上變形接通電極，一次線圈導通，二次線圈產生高壓電，經 的電線接至弧形電極，產生火花。同樣，當氣缸壓力下降時，膜片向下，與傳感器電極脫離，此時又引起弧形電極和指針之間的放電。當外加氣體壓力等于氣缸的最大壓力(爆發壓力)時，膜片不再與電極接通，指針不再放電跳火，此時壓力計的指數即為氣缸的最高壓力。7.2

最高壓力測量7.2.3

電子式電子式最高壓力表是通過適當的傳感器將被測壓力信號變成電信號，再經相應的峰值保持電路獲得最大壓力的電信號。所使用的傳感器可以是壓電式、電阻應變式、電容式等。7.3

動態壓力測量7.3.1

壓電式傳感器利用晶體壓電效應而制成，石英晶體在內燃機電測中應用較廣。壓電式傳感器主要由感壓彈性

膜片、石英片、引出線、絕緣

套管等組成，如圖7.9所示。其中，石英片一般為三片，與傳

力件接觸的支持片起保護上部

兩片工作石英片的作用。測壓

時，被測壓力通過感壓膜片、

支持片，加到工作石英片上，

由壓電效應產生電荷。7.3

動態壓力測量7.3.2

電容式傳感器電容式壓力傳感器是通過改變電容器極板間的距離來實現信號轉換的。圖7.10為電容式壓力傳感器的結構示意圖，它以感壓彈性元件——金屬膜片為電容器的活動極板，與固定在傳感器整體上的另一極板形成一電容器。當感受被測壓力時，彈性膜片的變形使得電容器極板之間的距離發生變化，從而導致了電容量的變化，因此，通過測量電容的變化就可得到壓力的變化。7.3動態壓力測量7.3.3

壓磁式傳感器利用鐵磁材料在壓力作用下改變其磁導率的物理效應制成的。測量時，傳感器直接安裝在氣缸示功閥上，氣缸內壓力經測壓通道孔作用在膜片上。膜片通過頂桿將壓力傳遞給壓磁式變換器，并將壓力信號轉換為相應的電壓信號輸出。。7.4

測壓儀表的標定7.4.1

靜態標定壓力表或壓力測量裝置的靜態標定，一般應用活塞式壓力計。活塞式壓力計是以作用在測量活塞已知面積上的標準砝碼所產生的壓力來平衡待測壓力，從而達到壓力校驗或壓力標定的目的。7.4

測壓儀表的標定7.4.2

動態標定激波管是一根密封的金屬固管，以薄膜將圓管分隔成高壓室和低壓室。在標準工況下，直流電源接通吸動撞針機構，使撞針瞬間捅破膜片，此時高壓室的工作氣體沖向低壓室，在低壓室內就形成一個已知幅值的近似于理想階躍波。利用傳感器觸發記錄器記錄被校的測量系統在階躍力作用下的輸出波形。對此波形進行分析處理，并和已知特性的階躍波進行比較，即可求得測量系統的頻率特性。7.5

示功圖的測錄及誤差分析7.5.1上止點及曲軸轉角信號的測定1.上止點的定位確定幾何上止點位置常用的方法，是將缸頭或氣門去掉，用千分表找出活塞的最高點位置(靜態上止點)。但由于上止點附近轉角和活塞和活塞升程曲線比較平坦，故不易正確找出

最高點。因此，可先找出上死點前后30°左右曲線變化率比較大的地方、升程相同的兩個

點，然后過此兩點作轉角—升程曲線的切線，其交點即為上止點。7.5

示功圖的測錄及誤差分析上止點及曲軸轉角信號的測定上止點信號的獲取磁電法光電法壓縮電容法以上方法中，磁電法和光電法都依賴于飛輪上的幾何上止點標記。當內燃機在負荷狀態下工作時，由于溫度相各部件受力的結果，必將造成工作中的動態上止點和非工作狀態下的靜態上止點間存在一定差異。而壓縮

沒有考慮到熱力學損失，故無法反映真實上止點。電容式傳感器是一種測量動態上止點的儀器。7.5

示功圖的測錄及誤差分析上止點及曲軸轉角信號的測定曲軸轉角信號的測定光電法磁電法上述兩種方法中，光電法信號整形、放大較容易實現，但光柵盤在機車上的安裝位置存在一定

，并且光柵盤本身的加工精度要求較高。磁電法在機車上易于安裝，但某些車型

的盤車齒輪僅為102個，即每隔3.52取一個測量值，顯然

動態參數的測量間隔要求，目前采用采用集成電路360倍頻的曲軸轉角信號發生器。7.5

示功圖的測錄及誤差分析7.5.2

示功圖測錄裝置1．機械式機械示功器是使用最早的示功器，它主要由壓力感受機構、轉筒機構和記錄機構三部分組成，如圖7.20所示。基本原理是利用彈簧的彈力去平衡氣體壓力。7.5

示功圖的測錄及誤差分析7.5.2

示功圖測錄裝置2．氣電式氣電式示功器，顧名思義，需要有外加氣源的參與，它主要由壓力傳感器、轉筒、電火花控制器和壓縮氣體瓶等組成，如圖7.21所示。7.5

示功圖的測錄及誤差分析7.5.2

示功圖測錄裝置3．電子式電子式示功器是利用非電量電測原理，將氣缸內的壓力和曲軸轉角(或活塞位移)等非電量分別轉換為相應的電量，經放大器等中間環節輸送到記錄顯示裝置進行記錄或打印。7.5

示功圖的測錄及誤差分析7.5.3

示功圖的測量誤差分析及處理上止點定位引起的誤差及修正目前常用的修正方法是熱力學上止點修

。燃燒分析儀就是利用這一原理進行轉換和繪制lgp-lgV示功圖并進行上止點的修正。測量通道引起的誤差及消除為了避免通道效應，理論上建議將傳感器與燃燒室平齊安裝。目前常用頻域濾波器將壓力信號進行濾波