內(nèi)燃機(jī)及動(dòng)力裝置測(cè)試技術(shù)...ppt

1、內(nèi)燃機(jī)及動(dòng)力裝置測(cè)試技術(shù),聯(lián)系方式夏槐良 編制,福建省船舶工程技術(shù)學(xué)校,第一章 概論,一 、測(cè)試技術(shù)的作用和意義 測(cè)試就是借助專門的技術(shù)手段，通過(guò)試驗(yàn)和測(cè)量，以得知被測(cè)物的量值和性質(zhì)。這種客觀定量的觀察與邏輯思維相結(jié)合，是研究自然科學(xué)的主要方法。古今中外歷次科學(xué)技術(shù)上的重大進(jìn)步，無(wú)不與測(cè)試密切相關(guān)。在某種意義上說(shuō)，沒有測(cè)試就沒有科學(xué)。特別是現(xiàn)代科學(xué)研究與生產(chǎn)，更是離不開測(cè)試。 在機(jī)械工程領(lǐng)域中，測(cè)試的主要作用可以歸納為以下四類。 1監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行 測(cè)試裝置是生產(chǎn)流程系統(tǒng)的必要組成部分，其作用是隨時(shí)觀測(cè)與運(yùn)行條件有關(guān)的一些參數(shù)，保證其量值在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

2、例如發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)其轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、潤(rùn)滑油壓力及溫度、排氣溫度等，將監(jiān)測(cè)值與要求值比較，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，將監(jiān)測(cè)值與要求值的比較結(jié)果反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。測(cè)量是控制和調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，也就是生產(chǎn)過(guò)程正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此必須有正確的測(cè)量方法和合適的測(cè)量?jī)x表。,2為設(shè)計(jì)工作提供有效的數(shù)據(jù)資料 在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，除了最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)問(wèn)題外，僅憑已有的理論公式計(jì)算，往往是不夠準(zhǔn)確的。而且許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和特殊的條件，還沒有現(xiàn)存的公式可依據(jù)。所謂經(jīng)驗(yàn)公式，本來(lái)就是從測(cè)試數(shù)據(jù)的處理得來(lái)的。 在現(xiàn)代設(shè)計(jì)工作中，往往是先進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究（預(yù)研），精確測(cè)定各

3、種必需的物理量，尋找或判斷最佳條件作為實(shí)際設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在制成樣機(jī)并進(jìn)行一系列運(yùn)行測(cè)試后，才能最終解決機(jī)器性能是否正常的問(wèn)題，進(jìn)而確定是否發(fā)展該機(jī)型。這就是所謂的試驗(yàn)法設(shè)計(jì)。試驗(yàn)程序已成為現(xiàn)代復(fù)雜工程設(shè)備設(shè)計(jì)的必要步驟和有效手段，利用現(xiàn)代測(cè)試手段所進(jìn)行的預(yù)研，使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期大大縮短了。,3評(píng)價(jià)產(chǎn)品的質(zhì)量 任何質(zhì)量指標(biāo)都要通過(guò)一定的數(shù)量來(lái)表示，例如內(nèi)燃機(jī)的功率、油耗率等。人們就是借助測(cè)試所獲得的各種參數(shù)的數(shù)值來(lái)定量地評(píng)價(jià)產(chǎn)品的質(zhì)量。 4作為科學(xué)研究的必要手段和基礎(chǔ) 在自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域中所進(jìn)行的一切研究的目的，無(wú)非是探求客觀事物與量的關(guān)系，它們是離不開測(cè)試的。測(cè)試技術(shù)的不斷完善，推動(dòng)著科學(xué)技

4、術(shù)的新發(fā)現(xiàn)，并將其應(yīng)用于實(shí)踐中。 測(cè)試技術(shù)對(duì)從事科學(xué)技術(shù)的各部門都有重要意義，測(cè)試技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)直接反映了部門試驗(yàn)的能力和科學(xué)技術(shù)的水平的高低。,二、測(cè)試系統(tǒng)的組成 1、感知部分 2、傳遞部分 3、指示記錄部分,三、 評(píng)定測(cè)量?jī)x表質(zhì)量的主要指標(biāo) 測(cè)量?jī)x表的質(zhì)量決定所得測(cè)量結(jié)果的可靠程度，其中主要的有精度、恒定度、靈敏度、靈敏度阻滯、指標(biāo)滯后時(shí)間。 1、精度 儀表的指示值接近被測(cè)量的實(shí)際值的準(zhǔn)確程度，稱為精度或準(zhǔn)確度。 2、恒定度 儀表多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，其指示值的穩(wěn)定程度稱為恒定度。 3、靈敏度 儀表指針的線位移或角位移與引起這些位移的被測(cè)量的變化值之間的比例。,4、靈敏度阻滯 又稱為感量，此量是

5、足以引起儀表指針從靜止作極微小移動(dòng)的被測(cè)量的變化值。 5、指標(biāo)滯后時(shí)間 從被測(cè)參數(shù)發(fā)生變化到儀表指示出該變化值所需的時(shí)間成為指示滯后時(shí)間。,四、測(cè)量?jī)x器的基本特性 一、測(cè)量?jī)x器的靜態(tài)特性 靜態(tài)特性是指被測(cè)信號(hào)不隨時(shí)間變化或極為緩慢變化時(shí)，輸出與輸入之間的關(guān)系。 1、靜態(tài)特性曲線 2、靜態(tài)靈敏度 3、線性 二、測(cè)量?jī)x器的動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性是指輸入為隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出與輸入之間的關(guān)系。,五、微型計(jì)算機(jī)與測(cè)試技術(shù) 一、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成 1、傳感器 它的作用是將被測(cè)參數(shù)（溫度、壓力、流量、速度、液位、成分等各種非電量）轉(zhuǎn)換成電量，以便利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量。 用于自動(dòng)測(cè)試時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

6、A、理想的傳感器不應(yīng)當(dāng)從被測(cè)系統(tǒng)中獲取能量，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，傳感器要求從外界獲取的能量越少越好，但輸出信號(hào)也就相當(dāng)微弱。 B、抗干擾能力強(qiáng) C、對(duì)于非電流或電壓信號(hào)輸出的傳感器，如電容、電阻或電感量，測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮消除引線及機(jī)械結(jié)構(gòu)所造成的寄生參數(shù)的影響。 D、需要外加激勵(lì)電源的傳感器，要注意該外加激勵(lì)電源的精度和穩(wěn)定性，因?yàn)樗鼈儗?duì)輸入信號(hào)精度和穩(wěn)定性有直接影響。 E、理想的要求是傳感器的輸入、輸出信號(hào)是線性的，一般很難做到，所以需要對(duì)輸入量加以適當(dāng)補(bǔ)償。 總之，傳感器的精度直接影響整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的精度。,2、放大器 它的作用是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)加以放大，以便與計(jì)算機(jī)的模擬輸入通道進(jìn)行對(duì)接，

7、同時(shí)也可對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波，已達(dá)到降低噪聲、控制增益以及變換阻抗等目的。 選擇基本原則基本： A、低噪音，零點(diǎn)漂移小，以保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定可靠； B、精度高，滿足測(cè)量要求； C、輸入阻抗高，這樣可以有效地抑制干擾信號(hào)； D、頻帶寬，以適應(yīng)測(cè)量信號(hào)大幅度變化的需求。,3、A/D轉(zhuǎn)換器 它的主要作用就是把被測(cè)參數(shù)的模擬量轉(zhuǎn)換成微型計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量。 要求： A、精度高，因?yàn)榫戎苯优c最終測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性直接相關(guān)； B、速度快，特別是對(duì)于特殊要求的高速采集過(guò)程。 4、采樣保持器 它的作用是在多路采集系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)分時(shí)工作的，并且A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，一次必須保證在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中采集的參

8、數(shù)值不變。 工作方式：采樣方式和保持方式。 要求： A、采樣時(shí)，存儲(chǔ)電容必須盡可能快速充電，以便跟隨輸入?yún)⒘康淖兓?B、保持時(shí)，存儲(chǔ)電容不能漏電，使其在一定的時(shí)間內(nèi)輸出值保持不變。,5、多路開關(guān) 它的作用是分時(shí)地將各被測(cè)參數(shù)接通，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，它相當(dāng)于一個(gè)模擬開關(guān)。 要求： A、導(dǎo)通電阻小，以保證準(zhǔn)確接通； B、開路電阻大，以保證斷開干脆，無(wú)滯后； C、轉(zhuǎn)換速度快，壽命長(zhǎng)，無(wú)機(jī)械磨損。 6、微處理器（CPU） 他是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，主要作用是通過(guò)軟件對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算及各種處理，然后把計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示、打印或編制文件。,7、輸入輸出接口 該接口的作用是首先將采集到的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)CP

9、U進(jìn)行處理，然后計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)通過(guò)接口向外輸出，如顯示、打印。 功能： A、輸入數(shù)據(jù) B、輸出數(shù)據(jù) C、產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，以便解決慢速的外設(shè)與快速CPU之間的通訊問(wèn)題 D、中斷管理 8、軟件設(shè)計(jì) 它是CPU進(jìn)行計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、自動(dòng)化操作的基礎(chǔ) 軟件內(nèi)容來(lái)看，可以分為系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件,二、微機(jī)計(jì)算在動(dòng)力工程中的應(yīng)用 1、將常規(guī)的測(cè)量方法加以智能化，使得熱工參數(shù)的測(cè)量精度大大提高 2、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試計(jì)算使得復(fù)雜的動(dòng)力工程測(cè)試任務(wù)變得簡(jiǎn)單、可靠 3、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)在動(dòng)力工程中應(yīng)用最廣泛，小到溫度的自動(dòng)控制，大到船舶柴油機(jī)在不停機(jī)條件下工作狀態(tài)的故障診斷,三、智能儀表的組成及特點(diǎn) 1

10、、智能儀表的組成 用微處理器和存儲(chǔ)器（RAM及ROM）來(lái)做為主體結(jié)構(gòu)，用軟件技術(shù)來(lái)做硬件功能 硬件有數(shù)據(jù)采集裝置和微型計(jì)算機(jī)組成 2、特點(diǎn) A、微處理器 B、采用總線結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化接口 C、功能強(qiáng)、體積小，操作簡(jiǎn)捷、方便 D、模塊式與積木式的發(fā)展方向,3、智能儀表的功能 A、數(shù)據(jù)處理 B、實(shí)時(shí)自動(dòng)零位校準(zhǔn) C、自診斷 D、自動(dòng)量程切換 E、自動(dòng)定時(shí),第二章 傳感器原理,一、電阻應(yīng)變式傳感器 電阻式傳感器的工作原理是將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電阻值，通過(guò)測(cè)量電阻的變化來(lái)確定被測(cè)量。 按導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻變化的不同方式可分為改變導(dǎo)體的長(zhǎng)度變阻式 改變導(dǎo)體內(nèi)部電阻壓阻式 改變導(dǎo)體或半導(dǎo)體內(nèi)部應(yīng)力電阻應(yīng)變式 由于溫度

11、變化而引起電阻的變化熱敏電阻式,二、電感式傳感器 電感式傳感器是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，把被測(cè)機(jī)械量的變化轉(zhuǎn)換成為磁路中自感系數(shù)（電感量）L或互感系數(shù)M的變化，再將變化的L或M引起一定的轉(zhuǎn)換電路中，便可得到相應(yīng)的電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)機(jī)械量的測(cè)定。,三、電容式傳感器 把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。,四、磁電式傳感器 把被測(cè)的參數(shù)變換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器成為磁電傳感器或感應(yīng)式傳感器。,五、壓電式傳感器 以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，有些晶體物質(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，在它的表面有電荷集結(jié)，大小和作用力成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之，如果在晶體的某些表面

12、之間加上電場(chǎng)，晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。,六、光電式傳感器 將光量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。 分為三種： 1、外光電效應(yīng) 2、內(nèi)光電效應(yīng) 3、阻擋層光電效應(yīng),七、霍爾傳感器 具有霍爾效應(yīng)的元件，在靜態(tài)下當(dāng)受磁場(chǎng)作用時(shí)，直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?shì)輸出。,第三章 記錄設(shè)備,一 、描筆式記錄儀 二 、數(shù)字式記錄設(shè)備 三、磁帶記錄儀 四、光盤式記錄,第四章 有效功率測(cè)量,一、吸收式測(cè)功器 1、水力測(cè)功器 A、圓盤式 B、銷棒式 C、閘套式 2、電力測(cè)功器 A、直流式 B、交流式,二、扭矩儀 基于輸出軸在承受扭矩作用時(shí)，軸所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形與傳動(dòng)扭矩的大小成比例。 分為： 1、電

13、阻應(yīng)變式扭矩儀 2、光電式扭矩儀 3、鋼弦測(cè)功儀,三、各類測(cè)功器的比較 水力測(cè)功器和電力測(cè)功器都只能用于試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量平均轉(zhuǎn)矩，而扭矩儀則可以用來(lái)測(cè)量船舶實(shí)際運(yùn)行中的船舶、車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。,四、轉(zhuǎn)速測(cè)量 分為：模擬方式和數(shù)字方式 1、模擬方式測(cè)量轉(zhuǎn)速的儀表分為機(jī)械式和電氣式 2、數(shù)字方式測(cè)量轉(zhuǎn)速的儀表分為磁電式和光電式,第五章 壓力測(cè)量,一、緩變壓力測(cè)量 1、液柱式壓力計(jì) 2、彈性壓力計(jì) 3、機(jī)械電氣式壓力表 壓力計(jì)的選用、校驗(yàn)及安裝 1、選用根據(jù)被測(cè)壓力大小、壓力穩(wěn)定性、測(cè)量精度要求、被測(cè)介質(zhì)種類及安裝條件 2、壓力儀表在使用一定時(shí)間后要進(jìn)行校驗(yàn) 3、為了保證所測(cè)得的是介質(zhì)的靜壓力，引出

14、壓力的管嘴其中心線要與流束垂直,二、最高壓力測(cè)量 內(nèi)燃機(jī)的汽缸最高壓力是指汽缸內(nèi)脈動(dòng)壓力的最高點(diǎn)，即最大暴發(fā)壓力。 1、機(jī)械式最高壓力表 由指示儀表和止回裝置兩部分組成 2、氣電式最高壓力表,三、平均壓力測(cè)量 平均指示壓力和平均壓力完全是兩個(gè)概念，平均指示壓力代表單位汽缸容積所做的循環(huán)指示功除以汽缸工作容積，平均壓力則代表一段時(shí)間內(nèi)汽缸中壓力的平均值。,第六章 示功圖測(cè)錄,一、 機(jī)械示功器 按照示功彈簧形式不同，分為螺旋彈簧式和柱簧式兩種 優(yōu)缺點(diǎn)：由于利用機(jī)械位移方法進(jìn)行測(cè)量，帶有機(jī)械式測(cè)量?jī)x器的固有缺陷，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) 二、電子示功裝置 由傳感器、測(cè)量電路和記

15、錄顯示裝置組成 按照壓力傳感器的不同，分為壓電式示功裝置、電阻式示功裝置、電容式示功裝置、電感式示功裝置 優(yōu)缺點(diǎn)：固有頻率高，使用低、中、高速機(jī)使用，測(cè)量誤差小于1%，靈敏度高、線性好，但是容易受外界干擾。,第七章 溫度測(cè)量,溫度測(cè)量的目的： 1、為了保證內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油、冷卻水及相關(guān)零件的溫度是否正常； 2、根據(jù)冷卻液的流量和所測(cè)得的溫度來(lái)計(jì)算冷卻液帶走的熱量； 3、測(cè)定零件兩點(diǎn)間溫差，并根據(jù)兩點(diǎn)間距和傳熱系數(shù)計(jì)算零件傳遞的熱量； 4、測(cè)定零件的溫度分布，根據(jù)零件的形狀和熱膨脹所受的限制推算其熱應(yīng)力； 5、測(cè)定與燃燒生成物有直接關(guān)系的燃?xì)鉁囟龋芯坑泻怏w的生成規(guī)律和防止

16、污染的方法。 測(cè)溫法可以分為接觸式和非接觸式兩大類,一、玻璃管液位溫度計(jì) 二、壓力式溫度計(jì) 三、熱電偶溫度計(jì) 四、熱電阻溫度計(jì),第八章 燃油消耗量的測(cè)量,有效燃料消耗率是發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要性能參數(shù)之一 一、容積法測(cè)量燃油消耗率 容積法是測(cè)定消耗一定體積燃料所用的時(shí)間，按照測(cè)量方式來(lái)分，分為自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)測(cè)量，按照測(cè)量?jī)x器來(lái)分，分為有量瓶和活塞式。 二、秤量法測(cè)量燃油消耗率 秤量法是測(cè)量消耗一定質(zhì)量燃料所用的時(shí)間。 三、流量計(jì)測(cè)量燃油消耗量 用在精度要求不高的場(chǎng)合 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和渦輪流量計(jì),第九章 振動(dòng)的測(cè)量,一、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)及其分類 振動(dòng)測(cè)量的目的是為了尋找產(chǎn)生振動(dòng)的原因，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理

17、設(shè)計(jì)彈性支撐和減少有共振造成的損失，提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，積累資料，為制定內(nèi)燃機(jī)容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)振動(dòng)做出綜合評(píng)價(jià)。 1、內(nèi)燃機(jī)的整機(jī)振動(dòng) 2、內(nèi)燃機(jī)曲軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 3、內(nèi)燃機(jī)曲軸系的縱向振動(dòng) 4、內(nèi)燃機(jī)曲軸系的橫向振動(dòng) 5、其他振動(dòng),二、振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 1、機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng) 2、光學(xué)振動(dòng)系統(tǒng) 3、電測(cè)系統(tǒng),三、振動(dòng)測(cè)試的目的及其方法 測(cè)量目的 1、當(dāng)研究結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、分析振型時(shí)，通常應(yīng)測(cè)量振動(dòng)位移，并且必須進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。 2、當(dāng)研究振動(dòng)物體的阻尼時(shí)，通常應(yīng)以測(cè)量振動(dòng)速度為主。 3、當(dāng)研究振動(dòng)對(duì)零件的載荷與力的關(guān)系、振動(dòng)時(shí)力的傳遞時(shí)，應(yīng)測(cè)量振動(dòng)的加速度。 4、當(dāng)當(dāng)研究振源的性質(zhì)和強(qiáng)度時(shí)，除上述有關(guān)測(cè)

18、量外還應(yīng)進(jìn)行頻譜分析。 5、當(dāng)研究系統(tǒng)共振和頻率的關(guān)系時(shí)，應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)的固有頻率。,測(cè)量方法 1、振動(dòng)測(cè)量參數(shù)的選取 2、傳感器的選擇 3、測(cè)點(diǎn)的布置 4、測(cè)振工況的選擇 5、測(cè)振儀的選擇,四、曲軸扭振測(cè)量 分類 1、機(jī)械式扭振儀 2、電子式扭振儀 3、光學(xué)式扭振儀,五、測(cè)振系統(tǒng)的校準(zhǔn) 1、絕對(duì)校準(zhǔn)法 2、比較校準(zhǔn)法 3、振幅校準(zhǔn)法 4、加速度校準(zhǔn)法,六、測(cè)振分析和數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)述 1、時(shí)間域分析法 2、頻率域分析法 3、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)分析,第十章 噪音測(cè)量,一、有關(guān)噪音的聲學(xué)知識(shí) 1、聲波的傳播和聲場(chǎng) 2、聲壓和聲壓級(jí) 3、聲腔、強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí) 4、省功率和聲功率級(jí) 5、響度級(jí)、噪聲級(jí),二、噪音測(cè)量?jī)x器 1、聲級(jí)計(jì) 2、頻譜分析 3、頻譜分析儀,三、內(nèi)燃機(jī)噪聲的來(lái)源及測(cè)試方法 1、內(nèi)燃機(jī)噪音是由各部件或來(lái)自各部件的多種聲源組合而