CN1945249A - 探测压力的方法和设备 - Google Patents

探测压力的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1945249A
CN1945249A CN200610142034.XA CN200610142034A CN1945249A CN 1945249 A CN1945249 A CN 1945249A CN 200610142034 A CN200610142034 A CN 200610142034A CN 1945249 A CN1945249 A CN 1945249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm
sensor
main body
pressure transducer
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200610142034.XA
Other languages
English (en)
Inventor
S·J·科勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN1945249A publication Critical patent/CN1945249A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Abstract

描述了用于探测恶劣环境中的压力的方法和设备。在一个示例实施例中，提供一种基于微波雷达的传感器(40)。该传感器耦合到信号处理单元(50)。该信号处理单元包括至少一个配置成确定传感器值的处理器和其中具有预存储值的存储器，其中该预存储值代表可能的传感器值。该方法包括：操作该信号处理单元以采样由该传感器产生的信号，操作该信号处理单元以使该采样信号的特征与具有指定压力的预存储值相关，和操作该信号处理单元以产生表示与该采样信号相关的预存储值的指定压力的信号。

Description

探测压力的方法和设备
                          技术领域
本发明一般涉及发动机，尤其是涉及用于探测往复式发动机的燃烧气缸和燃气涡轮发动机的燃烧室中的压力的方法和设备。
                          背景技术
各种发动机的燃烧气缸和燃烧室内的压力会影响这些发动机的操作。例如，燃气涡轮发动机典型地包括压缩机部件、燃烧器部件和至少一个涡轮部件。该压缩机压缩空气，该空气与燃料混合并被导入到燃烧器。然后该混合物被点燃以生成热的燃烧气体。该燃烧气体被导入到涡轮中，该涡轮从该燃烧气体中提取能量以对压缩机供能，以及产生有用的工作以便对负载例如发电机供能，或者推进飞行器飞行。
燃气涡轮发动机在许多不同的工作条件下工作，而燃烧器性能有助于发动机在宽范围的发动机工作条件下工作。控制燃烧器性能有助于改进燃气涡轮发动机的整体工作。
燃烧气缸和燃烧室内的环境是严酷的，其限制了可以使用的压力传感器的类型。例如，内燃机气缸内的温度可以到达1000。已知的使用压电和压阻元件的压力传感器在这种环境中具有有限的寿命或者需要冷却，这就增加了这种发动机的材料和装配成本。
基于光纤的系统被用于探测严酷环境下的压力方面。然而，基于光纤材料而生产可靠健壮的传感器是困难的，并且影响了这种传感器的广泛应用。
                       发明内容
在一个方面，提供了一种利用基于传感器的微波雷达来确定压力的方法。该传感器耦合到信号处理单元。该信号处理单元包括至少一个配置成确定传感器值的处理器和其中具有预存储值的存储器，其中该预存储值代表可能的传感器值。该方法包括：操作该信号处理单元以采样由该传感器产生的信号，操作该信号处理单元以使该采样信号的特征与具有指定压力的预存储值相关，和操作该信号处理单元以产生表示与该采样信号相关的预存储值的指定压力的信号。
在另一方面，提供一种压力传感器。该传感器包括传感器主体，安装在该传感器主体内的膜片，和从该传感器主体的开口端延伸到该膜片以使该膜片直接受到压力作用的通道。该传感器还包括固定到该传感器主体的微波雷达探测单元。该探测单元包括设置成与该膜片相距一定距离的头。
在另一方面，提供一种燃气涡轮发动机。该发动机包括排出空气流的压缩机，和设置在该压缩机下游的燃烧器组件。该燃烧器包括至少一个燃烧室。涡轮被设置在该燃烧器下游。压力传感器被安装到该压缩机上。该传感器包括传感器主体，安装在该传感器主体内的膜片，和从该传感器主体的开口端延伸到该膜片以使该膜片直接受到压力作用的通道。微波雷达探测单元被固定到该传感器主体上。该探测单元包括设置成与该膜片相距一定距离的头。
                       附图说明
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的压力传感器的部分横截面图。
图3是图2所示压力传感器的工作的示意图。
                      具体实施方式
本发明一般涉及一种压力传感器和操作压力传感器的方法，用于产生表示严酷环境下例如在往复式发动机的燃烧气缸和燃气涡轮发动机的燃烧室中的压力的信号。下面将参照其应用结合燃气涡轮发动机的工作来说明本发明。然而，本领域普通技术人员将会清楚并且被这里所提供的教导所启示，本发明可以同样应用在许多不同类型的燃烧设备中，包括但不限于锅炉、加热器和其他涡轮发动机，并且可以应用到消耗天然气、燃料、煤、油或任何固体、液体或气体燃料的系统中。
如这里所使用的，“燃烧”被理解为是指一个化学过程，其中氧气例如空气，与燃料的可燃成分例如碳、氢和硫，在足以点燃该成分的高温下结合。
图1是一个示例性燃气涡轮发动机10的示意图，包括依次连接的至少一个压缩机12，燃烧器组件14和涡轮16。在该示例性实施例中，压缩机12和涡轮16通过轴18耦合，该轴18也耦合涡轮16和驱动负载20。这里所示和描述的发动机10仅仅是示例性的。因此，发动机10并不限于图1所示和这里所述的燃气涡轮发动机，相反，发动机10可以是任何适当的涡轮发动机。
在操作中，空气通过压缩机12流入发动机10并且被压缩。压缩空气与燃料混合以形成空气/燃料混合物，并且被导入到燃烧器组件14中，在这里点燃该空气/燃料混合物。来自燃烧器组件14的燃烧产物或气体驱动涡轮16围绕轴18旋转，并且通过排气喷嘴22离开燃气涡轮发动机10。
图2是根据本发明一个实施例的压力传感器30的部分横截面图。传感器30包括具有膜片34安装在其中的传感器主体32。在一个实施例中，使用高温金属合金例如但不限于Inconel和/或Hastelloy来制造主体32和/或膜片34。膜片34通过传感器主体32内的通道36暴露到压力环境中。提供主体32的螺纹部分38以便将传感器30固定到例如燃气涡轮发动机的燃烧室。微波雷达探测单元40被固定到传感器主体32。微波雷达探测单元是公知的并且商业可用的，例如可以从Radatec，Incorporated of Atlanta Georgia得到。
在图2所示的实施例中，探测单元40包括与传感器主体32的内螺纹44相配合的外螺纹42。探测单元40包括设置成与膜片34相距选择的距离的头46，并且接口电缆48耦合到雷达传感器头46，并且如下所述，延伸到信号处理单元(图2中未示出)。
一般地，传感器30被安装到燃气涡轮发动机，从而使膜片34直接受到发动机燃烧室内的压力。外螺纹38例如与该燃烧室内的开口的螺纹相配合。传感器30的相对位置将取决于应用和设计而变化。
图3是说明传感器30的操作的示意图。如图3所示，传感器30耦合到信号处理单元50。在该示例实施例中，单元50是基于处理器的，并且包括微处理器和存储器。单元50被配置成采样由传感器30生成的信号并将该信号存储在该单元存储器中。在可选实施例中，该微处理器包括用于基于输入值来确定输出的算法，而不是或者另外的使用值的查找表。
更特别地，在正常操作之前，当发动机没有工作时，探测单元50被操作以便从传感器30获得零压力(或环境压力)读数。来自传感器30在零压力处的信号的幅度被存储在信号处理单元50中。该发动机然后在已知的燃烧室压力下工作，并且在该已知压力下通过信号处理单元50获得传感器信号。特别地，在已知工作条件下，膜片当被暴露给变化压力的大气时以线性方式偏转。膜片34的线性程度有助于传感器30的精度。微波雷达传感器30的输出与传感器头46和膜片34表面之间的距离成比例。在该示例性实施例中，在工厂里使用已知压力校准传感器30。可选地和特别地，如果由于环境导致的变化不能在工厂里重复，那么可以在现场的发动机或燃烧器中校准传感器30，其中在已知工作压力下，该传感器单元信号被存储(例如该传感器信号的幅度)并且与该已知压力相关。
在发动机工作期间，信号处理单元50被操作以对传感器30产生的信号采样。信号处理单元50还被操作用于使得该采样信号的特征与具有指定压力的预存储值相关。特别地，该传感器信号的幅度(或其他一些特征)被确定并且与为该预存储值确定的幅度相匹配。信号处理单元50还被用于生成表示与该采样信号相关的该预存储值的指定压力的信号。该生成的信号可以被用于例如向操作员显示该指定压力和/或控制发动机工作。
以这种方式，在燃气涡轮工作期间，静态和动态压力值都可以确定。该压力测量的带宽由该微波雷达传感器和膜片的带宽决定。
类似地，如果不同，可以执行传感器配置和校准以便与其他类型的发动机结合使用传感器。该传感器和传感器操作并不限于这里所述的特定实施例。
虽然本发明是以各种特定实施例的形式说明的，但是本领域普通技术人员将会理解，本发明可以以在权利要求的精神和范围内的变体来实现。
部件列表：
10：燃气涡轮发动机
12：压缩机
14：燃烧器组件
16：涡轮
18：轴
20：驱动负载
22：排气喷嘴
30：压力传感器
32：传感器主体
34：膜片
36：通道
38：外螺纹
40：微波雷达探测单元
42：外螺纹
44：内螺纹
46：雷达传感器头
48：接口电缆
50：信号处理单元

Claims (10)

1.一种压力传感器(30)，包括：
传感器主体(32)；
安装在所述传感器主体内的膜片(34)；
从该传感器主体的开口端延伸到所述膜片以使所述膜片直接受到压力作用的通道(36)；以及
固定到所述传感器主体的微波雷达探测单元(40)，所述探测单元包括设置成与该膜片相距一定距离的头(46)。
2.根据权利要求1所述的压力传感器(30)，其中所述膜片(34)配置成基于所述通道(36)内的气体压力而偏转。
3.根据权利要求2所述的压力传感器(30)，其中所述膜片(34)基于该气体压力线性偏转。
4.根据权利要求1所述的压力传感器(30)，其中所述主体(32)还包括螺纹部分以将所述传感器固定到发动机(10)。
5.根据权利要求4所述的压力传感器(30)，其中该发动机(10)是往复式发动机。
6.根据权利要求4所述的压力传感器(30)，其中该发动机(10)是燃气涡轮发动机。
7.根据权利要求1所述的压力传感器(30)，其中所述探测单元(40)包括与所述传感器主体(32)的内螺纹相配合的外螺纹。
8.根据权利要求1所述的压力传感器(30)，还包括耦合到所述雷达传感器头(46)的接口电缆。
9.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
排出空气流的压缩机(12)；
设置在所述压缩机下游的燃烧器组件(14)，所述燃烧器包括至少一个燃烧室；
被设置在所述燃烧器下游的涡轮(16)；和
被安装到所述燃烧器上的压力传感器(30)，所述传感器包括传感器主体(32)，安装在所述传感器主体内的膜片(34)，和从所述传感器主体的开口端延伸到所述膜片以使所述膜片直接受到压力作用的通道(36)，和被固定到所述传感器主体上的微波雷达探测单元(40)，所述探测单元包括设置成与所述膜片相距一定距离的头(46)。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述膜片(34)配置成基于所述通道(36)中的气体压力而偏转。
CN200610142034.XA 2005-10-04 2006-09-30 探测压力的方法和设备 Pending CN1945249A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/243256 2005-10-04
US11/243,256 US7299700B2 (en) 2005-10-04 2005-10-04 Methods and apparatus for sensing pressure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1945249A true CN1945249A (zh) 2007-04-11

Family

ID=37518954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200610142034.XA Pending CN1945249A (zh) 2005-10-04 2006-09-30 探测压力的方法和设备

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7299700B2 (zh)
EP (1) EP1772718B1 (zh)
JP (1) JP2007101549A (zh)
CN (1) CN1945249A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103184934A (zh) * 2012-01-03 2013-07-03 通用电气公司 用于功率发生系统的工作流体传感器系统
CN103822751A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 株式会社鹭宫制作所 压力检测单元及其制造方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009009384B4 (de) * 2009-02-18 2010-11-04 Siemens Aktiengesellschaft Detektion von Druckschwankungen in einem heißen Medium auf Basis von Millimeterwellen
DE102010030404A1 (de) 2010-06-23 2011-12-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine
US9459170B2 (en) * 2013-09-26 2016-10-04 Rosemount Inc. Process fluid pressure sensing assembly for pressure transmitters subjected to high working pressure
DE102017127883A1 (de) 2017-11-24 2019-05-29 Prignitz Mikrosystemtechnik GmbH Drucksensor
CN114264397B (zh) * 2021-12-21 2023-12-19 中南林业科技大学 基于小波与等值线的瞬时索力识别方法、电子设备及介质

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57211078A (en) * 1981-06-22 1982-12-24 Nippon Kokan Kk <Nkk> Microwave displacement meter
JPS5897670A (ja) * 1981-12-07 1983-06-10 Nippon Kokan Kk <Nkk> マイクロ波距離計
JPS6017333A (ja) * 1983-07-08 1985-01-29 New Japan Radio Co Ltd タイヤの内圧測定装置
JPH05187941A (ja) * 1991-03-13 1993-07-27 Fujitsu Ltd 流体圧力測定装置
JPH0634475A (ja) * 1992-07-15 1994-02-08 Toyota Motor Corp 燃焼圧センサ
CA2142189A1 (en) * 1992-08-10 1994-02-17 Hilger A. Walter Adaptor for mounting a pressure sensor to a gas turbine housing
JPH0719981A (ja) * 1993-06-01 1995-01-20 Nippondenso Co Ltd 高温用圧力センサ
US5446279A (en) * 1993-08-27 1995-08-29 Hughes Aircraft Company Fiber optic sensor sensing curvature of a diaphragm
JP3346438B2 (ja) * 1994-05-27 2002-11-18 株式会社ユニシアジェックス エンジンの筒内圧検出装置
US5869747A (en) * 1996-05-22 1999-02-09 William H. Hulsman Food container internal pressure analysis
DE59707653D1 (de) * 1997-08-14 2002-08-08 Alstom Druckschwankungsmessungen in einem Heissgasraum ( Brennkammer einer Gasturbine )
US6204594B1 (en) 1998-06-12 2001-03-20 Cooper Automotive Products, Inc. Spark plug with pressure sensor
US6094990A (en) 1998-06-30 2000-08-01 Cooper Automotive Products, Inc. Spark plug with concentric pressure sensor
FR2797721B1 (fr) * 1999-08-18 2001-10-19 Daniel Drecq Bougie d'allumage equipee d'un capteur de pression, et moteur thermique equipe de telles bougies
US6489917B2 (en) 2000-11-30 2002-12-03 Georgia Tech Research Corporation Phase-based sensing system
CA2394960C (en) 2001-08-27 2010-02-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Measuring instrument of the pressure in a combustor
JP3764706B2 (ja) * 2001-08-27 2006-04-12 三菱重工業株式会社 燃焼器における圧力測定装置
US6857320B2 (en) 2001-11-21 2005-02-22 General Electric Company Combustion chamber dynamic pressure transducer tee probe holder and related method
US6708568B2 (en) * 2001-11-21 2004-03-23 General Electric Company Combustion chamber dynamic pressure transducer tee probe holder and related method
US6853934B2 (en) 2002-01-02 2005-02-08 General Electric Company System and method for remote data acquisition, monitoring and control
US7000596B2 (en) * 2003-10-03 2006-02-21 Cummins Westport Inc. Method and apparatus for controlling an internal combustion engine using combustion chamber pressure sensing
FR2865771B1 (fr) * 2004-02-02 2007-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de diagnostic de l'etat de fonctionnement d'un moteur diesel pour vehicule automobile
US7117725B2 (en) * 2004-03-12 2006-10-10 Honda Motor Co., Ltd. In-cylinder pressure detecting apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103184934A (zh) * 2012-01-03 2013-07-03 通用电气公司 用于功率发生系统的工作流体传感器系统
CN103184934B (zh) * 2012-01-03 2016-05-11 通用电气公司 用于功率发生系统的工作流体传感器系统
CN103822751A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 株式会社鹭宫制作所 压力检测单元及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007101549A (ja) 2007-04-19
EP1772718A3 (en) 2009-11-25
EP1772718A2 (en) 2007-04-11
US7546771B2 (en) 2009-06-16
EP1772718B1 (en) 2012-02-22
US7299700B2 (en) 2007-11-27
US20080216581A1 (en) 2008-09-11
US20070074576A1 (en) 2007-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1945249A (zh) 探测压力的方法和设备
US7676317B2 (en) Method and device for determining a corrective value used for influencing an air/fuel ratio
EP3056887B1 (en) Methods and systems to derive engine component health using total harmonic distortion in a knock sensor signal
US8150602B2 (en) Method and system for estimating in-cylinder pressure and knocking utilizing an in-cylinder pressure sensor
CN105736190B (zh) 燃烧发动机系统以及调整其中的排气再循环的系统和方法
US20170175661A1 (en) Real time detection and diagnosis of change in peak firing pressure
CN101139955B (zh) 利用离子信号对燃料和空气属性的改变进行补偿
US20200256275A1 (en) Knock sensor systems and methods for valve recession conditions
EP3043051A1 (en) Sensor for determining engine characteristics
KR20160089871A (ko) 엔진에서 연료 품질을 추산하기 위한 시스템 및 방법
AU2016201059A1 (en) Systems and methods to distinguish engine knock from piston slap
CN105971729A (zh) 爆振传感器信号的联合时频和小波分析
Gawron et al. The laboratory test rig with miniature jet engine to research aviation fuels combustion process
US10077730B2 (en) System for monitoring a prechamber of an engine
JP2012159078A (ja) 燃焼器管の動作を監視するためにタービン軸速度を使用するパルスデトネーションタービンエンジン
US20060163065A1 (en) Ion sensors formed with coatings
US10393609B2 (en) System and method for detection of changes to compression ratio and peak firing pressure of an engine
Wijesinghe et al. Impact of alternative fuel on gas turbine noise, vibration and instability
RU2769047C1 (ru) Способ комплексной оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания
KR20230047013A (ko) 터빈 장치
JP2008121576A (ja) 内燃機関の燃料性状検出装置、燃料性状検出方法。
CN116067662A (zh) 一种用于燃气轮机燃烧室多综合环境模拟的点火器测试系统
Wlodarczyk et al. Cylinder head gasket with integrated miniature combustion pressure sensors
de Oliveira et al. DYNAMIC AND STRUCTURAL ANALYSIS OF THE PISTON AND CONNECTING ROD OF AN ENGINE FUELED BY DIESEL OIL AND ETHANOL USING IN-CYLINDER PRESSURE DATA
Grünig Emission reduction using ion current sensor technology

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20070411