內(nèi)燃機及動力裝置測試技術(shù)...ppt

1、內(nèi)燃機及動力裝置測試技術(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 、測試技術(shù)的作用和意義 測試就是借助專門的技術(shù)手段，通過試驗和測量，以得知被測物的量值和性質(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)上的重大進步，無不與測試密切相關(guān)。在某種意義上說，沒有測試就沒有科學(xué)。特別是現(xiàn)代科學(xué)研究與生產(chǎn)，更是離不開測試。 在機械工程領(lǐng)域中，測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)過程的正常運行 測試裝置是生產(chǎn)流程系統(tǒng)的必要組成部分，其作用是隨時觀測與運行條件有關(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)動機在運行過程中，必須隨時監(jiān)測其轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、潤滑油壓力及溫度、排氣溫度等，將監(jiān)測值與要求值比較，隨時進行調(diào)節(jié)。在自動化生產(chǎn)過程中，將監(jiān)測值與要求值的比較結(jié)果反饋，自動調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)，使生產(chǎn)過程在最佳狀態(tài)下運行。測量是控制和調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，也就是生產(chǎn)過程正常運行的基礎(chǔ)，因此必須有正確的測量方法和合適的測量儀表。,2為設(shè)計工作提供有效的數(shù)據(jù)資料 在進行機械設(shè)計時，除了最簡單的設(shè)計問題外，僅憑已有的理論公式計算，往往是不夠準確的。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)驗公式，本來就是從測試數(shù)據(jù)的處理得來的。 在現(xiàn)代設(shè)計工作中，往往是先進行模擬試驗研究（預(yù)研），精確測定各

3、種必需的物理量，尋找或判斷最佳條件作為實際設(shè)計的基礎(chǔ)。在制成樣機并進行一系列運行測試后，才能最終解決機器性能是否正常的問題，進而確定是否發(fā)展該機型。這就是所謂的試驗法設(shè)計。試驗程序已成為現(xiàn)代復(fù)雜工程設(shè)備設(shè)計的必要步驟和有效手段，利用現(xiàn)代測試手段所進行的預(yù)研，使傳統(tǒng)的設(shè)計周期大大縮短了。,3評價產(chǎn)品的質(zhì)量 任何質(zhì)量指標都要通過一定的數(shù)量來表示，例如內(nèi)燃機的功率、油耗率等。人們就是借助測試所獲得的各種參數(shù)的數(shù)值來定量地評價產(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)域中所進行的一切研究的目的，無非是探求客觀事物與量的關(guān)系，它們是離不開測試的。測試技術(shù)的不斷完善，推動著科學(xué)技

4、術(shù)的新發(fā)現(xiàn)，并將其應(yīng)用于實踐中。 測試技術(shù)對從事科學(xué)技術(shù)的各部門都有重要意義，測試技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)直接反映了部門試驗的能力和科學(xué)技術(shù)的水平的高低。,二、測試系統(tǒng)的組成 1、感知部分 2、傳遞部分 3、指示記錄部分,三、 評定測量儀表質(zhì)量的主要指標 測量儀表的質(zhì)量決定所得測量結(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、指標滯后時間。 1、精度 儀表的指示值接近被測量的實際值的準確程度，稱為精度或準確度。 2、恒定度 儀表多次重復(fù)測量時，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的被測量的變化值。 5、指標滯后時間 從被測參數(shù)發(fā)生變化到儀表指示出該變化值所需的時間成為指示滯后時間。,四、測量儀器的基本特性 一、測量儀器的靜態(tài)特性 靜態(tài)特性是指被測信號不隨時間變化或極為緩慢變化時，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、測量儀器的動態(tài)特性 動態(tài)特性是指輸入為隨時間變化的動態(tài)信號時，輸出與輸入之間的關(guān)系。,五、微型計算機與測試技術(shù) 一、自動測試系統(tǒng)的構(gòu)成 1、傳感器 它的作用是將被測參數(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，以便利用計算機進行測量。 用于自動測試時，應(yīng)注意以下問題：

6、A、理想的傳感器不應(yīng)當從被測系統(tǒng)中獲取能量，實際設(shè)計時，傳感器要求從外界獲取的能量越少越好，但輸出信號也就相當微弱。 B、抗干擾能力強 C、對于非電流或電壓信號輸出的傳感器，如電容、電阻或電感量，測量時應(yīng)考慮消除引線及機械結(jié)構(gòu)所造成的寄生參數(shù)的影響。 D、需要外加激勵電源的傳感器，要注意該外加激勵電源的精度和穩(wěn)定性，因為它們對輸入信號精度和穩(wěn)定性有直接影響。 E、理想的要求是傳感器的輸入、輸出信號是線性的，一般很難做到，所以需要對輸入量加以適當補償。 總之，傳感器的精度直接影響整個自動測試系統(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加以放大，以便與計算機的模擬輸入通道進行對接，

7、同時也可對檢測信號進行濾波，已達到降低噪聲、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，零點漂移小，以保證輸出信號的穩(wěn)定可靠； B、精度高，滿足測量要求； C、輸入阻抗高，這樣可以有效地抑制干擾信號； D、頻帶寬，以適應(yīng)測量信號大幅度變化的需求。,3、A/D轉(zhuǎn)換器 它的主要作用就是把被測參數(shù)的模擬量轉(zhuǎn)換成微型計算機所能接受的數(shù)字量。 要求： A、精度高，因為精度直接與最終測試結(jié)果準確性直接相關(guān)； B、速度快，特別是對于特殊要求的高速采集過程。 4、采樣保持器 它的作用是在多路采集系統(tǒng)中，由于計算機分時工作的，并且A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時間，一次必須保證在A/D轉(zhuǎn)換過程中采集的參

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，存儲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，存儲電容不能漏電，使其在一定的時間內(nèi)輸出值保持不變。,5、多路開關(guān) 它的作用是分時地將各被測參數(shù)接通，以便進行A/D轉(zhuǎn)換，它相當于一個模擬開關(guān)。 要求： A、導(dǎo)通電阻小，以保證準確接通； B、開路電阻大，以保證斷開干脆，無滯后； C、轉(zhuǎn)換速度快，壽命長，無機械磨損。 6、微處理器（CPU） 他是自動測試系統(tǒng)的核心，主要作用是通過軟件對采樣數(shù)據(jù)進行計算及各種處理，然后把計算結(jié)果進行顯示、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)送到計算機CP

9、U進行處理，然后計算機輸出的信號通過接口向外輸出，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，以便解決慢速的外設(shè)與快速CPU之間的通訊問題 D、中斷管理 8、軟件設(shè)計 它是CPU進行計算、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、自動化操作的基礎(chǔ) 軟件內(nèi)容來看，可以分為系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件,二、微機計算在動力工程中的應(yīng)用 1、將常規(guī)的測量方法加以智能化，使得熱工參數(shù)的測量精度大大提高 2、計算機輔助測試計算使得復(fù)雜的動力工程測試任務(wù)變得簡單、可靠 3、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)在動力工程中應(yīng)用最廣泛，小到溫度的自動控制，大到船舶柴油機在不停機條件下工作狀態(tài)的故障診斷,三、智能儀表的組成及特點 1

10、、智能儀表的組成 用微處理器和存儲器（RAM及ROM）來做為主體結(jié)構(gòu)，用軟件技術(shù)來做硬件功能 硬件有數(shù)據(jù)采集裝置和微型計算機組成 2、特點 A、微處理器 B、采用總線結(jié)構(gòu)和標準化接口 C、功能強、體積小，操作簡捷、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、實時自動零位校準 C、自診斷 D、自動量程切換 E、自動定時,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量轉(zhuǎn)化為電阻值，通過測量電阻的變化來確定被測量。 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，把被測機械量的變化轉(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，以實現(xiàn)對被測機械量的測定。,三、電容式傳感器 把被測的機械量，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 把被測的參數(shù)變換為感應(yīng)電動勢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)沿它的某個結(jié)晶軸受到力的作用時，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，晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時晶體產(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)下當受磁場作用時，直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱葺敵觥?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 有效功率測量,一、吸收式測功器 1、水力測功器 A、圓盤式 B、銷棒式 C、閘套式 2、電力測功器 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，軸所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形與傳動扭矩的大小成比例。 分為： 1、電

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

14、壓力的管嘴其中心線要與流束垂直,二、最高壓力測量 內(nèi)燃機的汽缸最高壓力是指汽缸內(nèi)脈動壓力的最高點，即最大暴發(fā)壓力。 1、機械式最高壓力表 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、平均壓力測量 平均指示壓力和平均壓力完全是兩個概念，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間內(nèi)汽缸中壓力的平均值。,第六章 示功圖測錄,一、 機械示功器 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：由于利用機械位移方法進行測量，帶有機械式測量儀器的固有缺陷，不適用于高速內(nèi)燃機，只適用于低速機和部分中速機 二、電子示功裝置 由傳感器、測量電路和記

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：固有頻率高，使用低、中、高速機使用，測量誤差小于1%，靈敏度高、線性好，但是容易受外界干擾。,第七章 溫度測量,溫度測量的目的： 1、為了保證內(nèi)燃機的正常運行，必須隨時監(jiān)測潤滑油、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得的溫度來計算冷卻液帶走的熱量； 3、測定零件兩點間溫差，并根據(jù)兩點間距和傳熱系數(shù)計算零件傳遞的熱量； 4、測定零件的溫度分布，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、測定與燃燒生成物有直接關(guān)系的燃氣溫度，研究有害氣體的生成規(guī)律和防止

16、污染的方法。 測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 二、壓力式溫度計 三、熱電偶溫度計 四、熱電阻溫度計,第八章 燃油消耗量的測量,有效燃料消耗率是發(fā)動機的最重要性能參數(shù)之一 一、容積法測量燃油消耗率 容積法是測定消耗一定體積燃料所用的時間，按照測量方式來分，分為自動測量和手動測量，按照測量儀器來分，分為有量瓶和活塞式。 二、秤量法測量燃油消耗率 秤量法是測量消耗一定質(zhì)量燃料所用的時間。 三、流量計測量燃油消耗量 用在精度要求不高的場合 玻璃轉(zhuǎn)子流量計和渦輪流量計,第九章 振動的測量,一、內(nèi)燃機振動及其分類 振動測量的目的是為了尋找產(chǎn)生振動的原因，改進內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理

17、設(shè)計彈性支撐和減少有共振造成的損失，提供實驗數(shù)據(jù)，積累資料，為制定內(nèi)燃機容許振動標準提供依據(jù)，同時對振動做出綜合評價。 1、內(nèi)燃機的整機振動 2、內(nèi)燃機曲軸系的扭轉(zhuǎn)振動 3、內(nèi)燃機曲軸系的縱向振動 4、內(nèi)燃機曲軸系的橫向振動 5、其他振動,二、振動測試系統(tǒng) 1、機械振動系統(tǒng) 2、光學(xué)振動系統(tǒng) 3、電測系統(tǒng),三、振動測試的目的及其方法 測量目的 1、當研究結(jié)構(gòu)強度、分析振型時，通常應(yīng)測量振動位移，并且必須進行多點測量。 2、當研究振動物體的阻尼時，通常應(yīng)以測量振動速度為主。 3、當研究振動對零件的載荷與力的關(guān)系、振動時力的傳遞時，應(yīng)測量振動的加速度。 4、當當研究振源的性質(zhì)和強度時，除上述有關(guān)測

18、量外還應(yīng)進行頻譜分析。 5、當研究系統(tǒng)共振和頻率的關(guān)系時，應(yīng)測量系統(tǒng)的固有頻率。,測量方法 1、振動測量參數(shù)的選取 2、傳感器的選擇 3、測點的布置 4、測振工況的選擇 5、測振儀的選擇,四、曲軸扭振測量 分類 1、機械式扭振儀 2、電子式扭振儀 3、光學(xué)式扭振儀,五、測振系統(tǒng)的校準 1、絕對校準法 2、比較校準法 3、振幅校準法 4、加速度校準法,六、測振分析和數(shù)據(jù)處理簡述 1、時間域分析法 2、頻率域分析法 3、旋轉(zhuǎn)機械的振動分析,第十章 噪音測量,一、有關(guān)噪音的聲學(xué)知識 1、聲波的傳播和聲場 2、聲壓和聲壓級 3、聲腔、強和聲強級 4、省功率和聲功率級 5、響度級、噪聲級,二、噪音測量儀器 1、聲級計 2、頻譜分析 3、頻譜分析儀,三、內(nèi)燃機噪聲的來源及測試方法 1、內(nèi)燃機噪音是由各部件或來自各部件的多種聲源組合而