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1、内燃机与动力装置测试技术第一页，共47页。第一章第一章 概论概论一 、测试技术的作用和意义测试就是借助专门的技术手段，通过试验和测量，以得知被测物的量值和性质。这种客观定量的观察与逻辑思维相结合，是研究自然科学的主要方法。古今中外历次科学技术上的重大进步，无不与测试密切相关。在某种意义上说，没有测试就没有科学。特别是现代科学研究与生产，更是离不开测试。在机械工程领域中，测试的主要作用可以归纳为以下四类。1监视和控制生产过程的正常运行测试装置是生产流程系统的必要组成部分，其作用是随时观测与运行条件有关的一些参数，保证其量值在规定的范围之内。例如发动机在运行过程中，必须随时监测其转速、冷却水温度、
2、润滑油压力及温度、排气温度等，将监测值与要求值比较，随时进行调节。在自动化生产过程中，将监测值与要求值的比较结果反馈，自动调节有关参数，使生产过程在最佳状态下运行。测量是控制和调节的基础，也就是生产过程正常运行的基础，因此必须有正确的测量方法和合适的测量仪表。第二页，共47页。2为设计工作提供有效的数据资料在进行机械设计时，除了最简单的设计问题外，仅凭已有的理论公式计算，往往是不够准确的。而且许多复杂的结构和特殊的条件，还没有现存的公式可依据。所谓经验公式，本来就是从测试数据的处理得来的。在现代设计工作中，往往是先进行模拟试验研究（预研），精确测定各种必需的物理量，寻找或判断最佳条件作为实际设
3、计的基础。在制成样机并进行一系列运行测试后，才能最终解决机器性能是否正常的问题，进而确定是否发展该机型。这就是所谓的试验法设计。试验程序已成为现代复杂工程设备设计的必要步骤和有效手段，利用现代测试手段所进行的预研，使传统的设计周期大大缩短了。第三页，共47页。3评价产品的质量任何质量指标都要通过一定的数量来表示，例如内燃机的功率、油耗率等。人们就是借助测试所获得的各种参数的数值来定量地评价产品的质量。4作为科学研究的必要手段和基础在自然科学和工程技术领域中所进行的一切研究的目的，无非是探求客观事物与量的关系，它们是离不开测试的。测试技术的不断完善，推动着科学技术的新发现，并将其应用于实践中。测
4、试技术对从事科学技术的各部门都有重要意义，测试技术发展的状态直接反映了部门试验的能力和科学技术的水平的高低。第四页，共47页。二、测试系统的组成1、感知部分2、传递部分3、指示记录部分第五页，共47页。三、 评定测量仪表质量的主要指标测量仪表的质量决定所得测量结果的可靠程度，其中主要的有精度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指标滞后时间。1、精度仪表的指示值接近被测量的实际值的准确程度，称为精度或准确度。2、恒定度仪表多次重复测量时，其指示值的稳定程度称为恒定度。3、灵敏度仪表指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例。第六页，共47页。4、灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪
5、表指针从静止作极微小移动的被测量的变化值。5、指标滞后时间从被测参数发生变化到仪表指示出该变化值所需的时间成为指示滞后时间。第七页，共47页。四、测量仪器的基本特性一、测量仪器的静态特性静态特性是指被测信号不随时间变化或极为缓慢变化时，输出与输入之间的关系。1、静态特性曲线2、静态灵敏度3、线性二、测量仪器的动态特性动态特性是指输入为随时间变化的动态信号时，输出与输入之间的关系。第八页，共47页。五、微型计算机与测试技术一、自动测试系统的构成1、传感器它的作用是将被测参数（温度、压力、流量、速度、液位、成分等各种非电量）转换成电量，以便利用计算机进行测量。用于自动测试时，应注意以下问题：A、理
6、想的传感器不应当从被测系统中获取能量，实际设计时，传感器要求从外界获取的能量越少越好，但输出信号也就相当微弱。B、抗干扰能力强C、对于非电流或电压信号输出的传感器，如电容、电阻或电感量，测量时应考虑消除引线及机械结构所造成的寄生参数的影响。D、需要外加激励电源的传感器，要注意该外加激励电源的精度和稳定性，因为它们对输入信号精度和稳定性有直接影响。E、理想的要求是传感器的输入、输出信号是线性的，一般很难做到，所以需要对输入量加以适当补偿。总之，传感器的精度直接影响整个自动测试系统的精度。第九页，共47页。2、放大器它的作用是把传感器输出的微弱电信号加以放大，以便与计算机的模拟输入通道进行对接，同
7、时也可对检测信号进行滤波，已达到降低噪声、控制增益以及变换阻抗等目的。选择基本原则基本：A、低噪音，零点漂移小，以保证输出信号的稳定可靠；B、精度高，满足测量要求；C、输入阻抗高，这样可以有效地抑制干扰信号；D、频带宽，以适应测量信号大幅度变化的需求。第十页，共47页。3、A/D转换器它的主要作用就是把被测参数的模拟量转换成微型计算机所能接受的数字量。要求：A、精度高，因为精度直接与最终测试结果准确性直接相关；B、速度快，特别是对于特殊要求的高速采集过程。4、采样保持器它的作用是在多路采集系统中，由于计算机分时工作的，并且A/D转换需要一定的时间，一次必须保证在A/D转换过程中采集的参数值不变
8、。工作方式：采样方式和保持方式。要求：A、采样时，存储电容必须尽可能快速充电，以便跟随输入参量的变化；B、保持时，存储电容不能漏电，使其在一定的时间内输出值保持不变。第十一页，共47页。5、多路开关它的作用是分时地将各被测参数接通，以便进行A/D转换，它相当于一个模拟开关。要求：A、导通电阻小，以保证准确接通；B、开路电阻大，以保证断开干脆，无滞后；C、转换速度快，寿命长，无机械磨损。6、微处理器（CPU）他是自动测试系统的核心，主要作用是通过软件对采样数据进行计算及各种处理，然后把计算结果进行显示、打印或编制文件。第十二页，共47页。7、输入输出接口该接口的作用是首先将采集到的数据送到计算机
9、CPU进行处理，然后计算机输出的信号通过接口向外输出，如显示、打印。功能：A、输入数据B、输出数据C、产生同步脉冲信号，以便解决慢速的外设与快速CPU之间的通讯问题D、中断管理8、软件设计它是CPU进行计算、数据处理、逻辑判断、自动化操作的基础软件内容来看，可以分为系统软件与应用软件第十三页，共47页。二、微机计算在动力工程中的应用1、将常规的测量方法加以智能化，使得热工参数的测量精度大大提高2、计算机辅助测试计算使得复杂的动力工程测试任务变得简单、可靠3、数据采集及监控系统在动力工程中应用最广泛，小到温度的自动控制，大到船舶柴油机在不停机条件下工作状态的故障诊断第十四页，共47页。三、智能仪
10、表的组成及特点1、智能仪表的组成用微处理器和存储器（RAM及ROM）来做为主体结构，用软件技术来做硬件功能硬件有数据采集装置和微型计算机组成2、特点A、微处理器B、采用总线结构和标准化接口C、功能强、体积小，操作简捷、方便D、模块式与积木式的发展方向第十五页，共47页。3、智能仪表的功能A、数据处理B、实时自动零位校准C、自诊断D、自动量程切换E、自动定时第十六页，共47页。一、电阻应变式传感器电阻式传感器的工作原理是将被测量转化为电阻值，通过测量电阻的变化来确定被测量。按导体或半导体电阻变化的不同方式可分为改变导体的长度变阻式改变导体内部电阻压阻式改变导体或半导体内部应力电阻应变式由于温度变
11、化而引起电阻的变化热敏电阻式第十七页，共47页。二、电感式传感器电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，把被测机械量的变化转换成为磁路中自感系数（电感量）L或互感系数M的变化，再将变化的L或M引起一定的转换电路中，便可得到相应的电信号，以实现对被测机械量的测定。第十八页，共47页。三、电容式传感器把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。第十九页，共47页。四、磁电式传感器把被测的参数变换为感应电动势的传感器成为磁电传感器或感应式传感器。第二十页，共47页。五、压电式传感器以压电效应为基础，有些晶体物质沿它的某个结晶轴受到力的作用时，其内部有极化现象，在它的表面有电荷集结，大小和作
12、用力成正比，这种效应称为正压电效应。反之，如果在晶体的某些表面之间加上电场，晶体内部也产生极化现象，同时晶体产生变形，这种现象称为逆压电效应。第二十一页，共47页。六、光电式传感器将光量转换为电量的一种传感器。分为三种：1、外光电效应2、内光电效应3、阻挡层光电效应第二十二页，共47页。七、霍尔传感器具有霍尔效应的元件，在静态下当受磁场作用时，直接转变为电势输出。第二十三页，共47页。一 、描笔式记录仪二 、数字式记录设备三、磁带记录仪四、光盘式记录第二十四页，共47页。一、吸收式测功器1、水力测功器A、圆盘式B、销棒式C、闸套式2、电力测功器A、直流式B、交流式第二十五页，共47页。二、扭矩
13、仪基于输出轴在承受扭矩作用时，轴所产生的扭转变形与传动扭矩的大小成比例。分为：1、电阻应变式扭矩仪2、光电式扭矩仪3、钢弦测功仪第二十六页，共47页。三、各类测功器的比较水力测功器和电力测功器都只能用于试验台测量平均转矩，而扭矩仪则可以用来测量船舶实际运行中的船舶、车辆上的发动机输出扭矩。第二十七页，共47页。四、转速测量分为：模拟方式和数字方式1、模拟方式测量转速的仪表分为机械式和电气式2、数字方式测量转速的仪表分为磁电式和光电式第二十八页，共47页。一、缓变压力测量1、液柱式压力计2、弹性压力计3、机械电气式压力表压力计的选用、校验及安装1、选用根据被测压力大小、压力稳定性、测量精度要求、
14、被测介质种类及安装条件2、压力仪表在使用一定时间后要进行校验3、为了保证所测得的是介质的静压力，引出压力的管嘴其中心线要与流束垂直第二十九页，共47页。二、最高压力测量内燃机的汽缸最高压力是指汽缸内脉动压力的最高点，即最大暴发压力。1、机械式最高压力表由指示仪表和止回装置两部分组成2、气电式最高压力表第三十页，共47页。三、平均压力测量平均指示压力和平均压力完全是两个概念，平均指示压力代表单位汽缸容积所做的循环指示功除以汽缸工作容积，平均压力则代表一段时间内汽缸中压力的平均值。第三十一页，共47页。一、 机械示功器按照示功弹簧形式不同，分为螺旋弹簧式和柱簧式两种优缺点：由于利用机械位移方法进行
15、测量，带有机械式测量仪器的固有缺陷，不适用于高速内燃机，只适用于低速机和部分中速机二、电子示功装置由传感器、测量电路和记录显示装置组成按照压力传感器的不同，分为压电式示功装置、电阻式示功装置、电容式示功装置、电感式示功装置优缺点：固有频率高，使用低、中、高速机使用，测量误差小于1%，灵敏度高、线性好，但是容易受外界干扰。第三十二页，共47页。温度测量的目的：1、为了保证内燃机的正常运行，必须随时监测润滑油、冷却水及相关零件的温度是否正常；2、根据冷却液的流量和所测得的温度来计算冷却液带走的热量；3、测定零件两点间温差，并根据两点间距和传热系数计算零件传递的热量；4、测定零件的温度分布，根据零件
16、的形状和热膨胀所受的限制推算其热应力；5、测定与燃烧生成物有直接关系的燃气温度，研究有害气体的生成规律和防止污染的方法。测温法可以分为接触式和非接触式两大类第三十三页，共47页。一、玻璃管液位温度计二、压力式温度计三、热电偶温度计四、热电阻温度计第三十四页，共47页。有效燃料消耗率是发动机的最重要性能参数之一一、容积法测量燃油消耗率容积法是测定消耗一定体积燃料所用的时间，按照测量方式来分，分为自动测量和手动测量，按照测量仪器来分，分为有量瓶和活塞式。二、秤量法测量燃油消耗率秤量法是测量消耗一定质量燃料所用的时间。三、流量计测量燃油消耗量用在精度要求不高的场合玻璃转子流量计和涡轮流量计第三十五页
17、，共47页。一、内燃机振动及其分类振动测量的目的是为了寻找产生振动的原因，改进内燃机结构设计，合理设计弹性支撑和减少有共振造成的损失，提供实验数据，积累资料，为制定内燃机容许振动标准提供依据，同时对振动做出综合评价。1、内燃机的整机振动2、内燃机曲轴系的扭转振动3、内燃机曲轴系的纵向振动4、内燃机曲轴系的横向振动5、其他振动第三十六页，共47页。二、振动测试系统1、机械振动系统2、光学振动系统3、电测系统第三十七页，共47页。三、振动测试的目的及其方法测量目的1、当研究结构强度、分析振型时，通常应测量振动位移，并且必须进行多点测量。2、当研究振动物体的阻尼时，通常应以测量振动速度为主。3、当研
18、究振动对零件的载荷与力的关系、振动时力的传递时，应测量振动的加速度。4、当当研究振源的性质和强度时，除上述有关测量外还应进行频谱分析。5、当研究系统共振和频率的关系时，应测量系统的固有频率。第三十八页，共47页。测量方法1、振动测量参数的选取2、传感器的选择3、测点的布置4、测振工况的选择5、测振仪的选择第三十九页，共47页。四、曲轴扭振测量分类1、机械式扭振仪2、电子式扭振仪3、光学式扭振仪第四十页，共47页。五、测振系统的校准1、绝对校准法2、比较校准法3、振幅校准法4、加速度校准法第四十一页，共47页。六、测振分析和数据处理简述1、时间域分析法2、频率域分析法3、旋转机械的振动分析第四十
19、二页，共47页。一、有关噪音的声学知识1、声波的传播和声场2、声压和声压级3、声腔、强和声强级4、省功率和声功率级5、响度级、噪声级第四十三页，共47页。二、噪音测量仪器1、声级计2、频谱分析3、频谱分析仪第四十四页，共47页。三、内燃机噪声的来源及测试方法1、内燃机噪音是由各部件或来自各部件的多种声源组合而成分为三大类：A、气体动力性噪声B、燃烧兆胜C、机械噪声2、整机噪声的测量3、进排气噪声和其他噪声的测定4、测量要求及步骤5、声级计的校准第四十五页，共47页。1、红外线吸收分析仪2、奥氏气体分析仪3、火焰电离测定仪4、化学发光法Nox分析仪5、烟度的测量第四十六页，共47页。谢 谢！第四十七页，共47页。