CN85108763A - 高速往复机械压力指示图测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明是由传感器，动态应变仪，直流放大器，A/D转换器，微型计算机组成的高速往复机械压力指示图测试装置。对缸内瞬时变化参数进行实验数据采集、存贮、处理与显示，由绘图仪画出开式压力指示图(P-α)与闭式压力一容积图(P-V)及其他缸内参数的瞬时变化曲线。用在压缩机上则可计算出指示功率Ni，进、排气功率损失ΔNs、ΔNd，压缩指数n，膨胀指数m以及容积系数λυ和压力系数λp等。测量精度高，稳定性好，处理时间短。

Description

本发明属于往复机械测试技术领域。

经检索W.P.I    GAZETTE（R）的IPC专利，专利号为84-180888/29★SU1052-900-A的苏联专利IC    engine    indicator    parameters    tester-has    subtracting    unit    to    fix    difference    of    successive    measurements它的基本原理是由传感器〔1〕的第一个下止点脉冲讯号使触发器〔17〕开始对下止点脉冲计数，并产生一个脉冲到与门电路〔16〕，使此脉冲通到A/D转换器〔6〕，在有下止点脉冲讯号的同时，来自传感器〔3〕的被测量参数讯号经放大后进入A/D转换器〔6〕，然后由减法器、分频器、加法器、频率计数器等确定被测量参数的随机误差。在累加结束，频率数送入控制器〔20〕后迭合电路〔19〕产生一个停止讯号，从而正个测量过程结束。该指示器包括：数字记录装置，位寄存器、减法器、分频器、加法器、频率计数器，第一、二迭合电路，控制器和频率数控制器等。就申请人理解，本发明与该专利相比，不论从结构上还是测试方法上都有显著的进步。

1.该专利包括有数字记录装置，与数字门电路系统，结构比较复杂，本发明采用微机数据采集系统，由软件进行控制，硬件结构比较简单。

2.该专利被测参数采集的起始点均用脉冲计数，测时来控制，稳定性重复性差。本发明的活塞止点几何位置可采用止点传感器发生方波讯号，利用计算机软件来控制数据采集起始点与终止点，稳定性、重复性都很好。

3.被测量参数的值由数字记录装置记录，速度低，被测量参数每循环测量点数目少，测量精度低，不能立刻得到被测量参数的图形显示，实验数据整理时间长。

本发明的目的在于利用微型计算机控制的高速数据采集，存贮与处理系统，对高速往复机械的缸内瞬时变化参数进行实验数据采集与处理，由绘图仪画出压力指示图P-α曲线与P-V曲线及其他缸内参数的瞬时变化曲线，为往复机械的“数学模拟”与“工程设计”提供高精度的实验数据。

本发明的主要内容（见附图1）：由采用微型计算机〔7〕和A/D转换器〔6〕来进行控制、数字采样处理，可采用活塞止点传感器〔1〕在活塞上止点几何位置发出方波脉冲讯号，经直流放大器〔5〕进入A/D转换器〔6〕，再送入微型计算机〔7〕，用汇编语言程序判断活塞止点同步讯号，即正确判断往复机器一个工作循环的起始点，命令进行缸内测量参数的采集。由电阻应变式压力传感器〔2〕感受缸内压力讯号经动态电阻应变仪〔4〕载波放大，送入A/D转换器〔6〕，运行采样程序进行数据采集，程序框图见附图2。

微机所采集的原始数据需进行数据平滑处理和压力标定。因为在采集原始数据中往往杂带有随机干扰信号，这些干扰来自工频电源，直流放大器与A/D转换器本身，干扰讯号的存在不仅影响数据处理精度，甚止会造成处理上的差错，这里采用移动算术平均法进行数据平滑处理，经过平滑处理后，压力讯号数据仅仅是A/D转换后的电压值，并不直接表示压力值，可采用压力标定器〔3〕进行标定后，才能转算成压力值。压力标定采用现场动态标定法进行，压力标定器可由两个三通阀〔10〕和〔11〕及压力定标罐组成。

由数据处理后缸内压力值作为纵座标，活塞止点两个同步讯号之间间隔为曲轴旋转一周的角度为横座标，运行相应BASIC程序在绘图仪〔8〕上绘出开式压力指示图（P-α曲线），通过相应BASIC程序由曲轴转角α可以计算出活塞行程容积V，在绘图仪〔8〕上也可绘出封闭式压力容积图（P-V曲线），从而由P-V曲线计算出指示功率Ni，压缩指数n，膨胀指数m及容积系数λv，和压力系数λp等。

本发明采用微机控制的高速数据采集、处理、显示系统，由软件进行控制和处理，硬件结构比较简单。数据采集稳定性、重复性都很好，测量精度高，实验结果数据处理时间短，实验结果可以由图形或数字进行显示，为往复机械的“工程设计”与理论研究提供精度高的实验数据。

附图1表示高速往复机械压力指示图测试装置的原理方框图。图中〔1〕为活塞止点传感器，〔2〕为电阻应变式压力传感器，〔3〕为压力定标器，〔4〕为动态电阻应变仪，〔5〕为直流放大器，〔6〕为A/D转换器，〔7〕为微型计算机AppLE-Ⅱ型，〔8〕为绘图仪，〔9〕为打印机。

附图2为采样程序框图。

附图3为压力定标器示意图。图中〔10〕、〔11〕为两个三通阀，〔12〕为压力定标罐，〔13〕为标准压力表。

附图4为光电止点传感器结构示意图。图中〔14〕为曲轴上飞轮，〔15〕为固定在飞轮上金属片，〔16〕为硅光电池，〔17〕为光源，〔18〕为固定硅光电池和电源的支架。

附图5为光电止点传感器按装示意图。图中〔19〕为气缸，〔20〕为磁性表座，〔21〕为千分表，〔22〕为活塞。

本发明高速往复机械压力指示图测试装置的实施要点有三部分：第一部分是测试装置硬件构成的实施。第二部分是实验数据采集的实施。第三部分是采集数据的处理与显示的实施。现分述如下：

第一部分：测试装置硬件构成的实施办法：（见附图1、附图3）。

1.活塞止点传感器〔1〕和直流放大器〔5〕为发明者自制。

2.电阻应变式压力传感器〔2〕为BPR-2型，量程为0-10Kgf/cm²动态电阻应变仪为Y6D-3A型。均由华东电子仪器厂购买。

3.A/D转换器〔6〕为AI13型，12位16通道。

4.微型计算机〔7〕为AppLE-Ⅱ型，绘图仪〔8〕和打印机〔9〕为计算机配套的外围设备。

5.压力定标器〔3〕主要由两个三通阀〔10〕、〔11〕，压力定标罐〔12〕和标准压力表〔13〕组成〔见附图3〕。

6.光电止点传感器几何位置确定方法如下（见附图5）。磁性表座〔20〕放在气缸〔19〕上，千分表〔21〕固定在〔20〕上，活塞置于上止点附近，调正〔21〕千分表的另位。左右略转动飞轮〔14〕，则活塞在止点附近上下运动，千分表指针左右摆动，多次试调，千分表指针指到最大值位置，即为活塞上止点位置，对应固定在飞轮〔14〕上的金属片〔15〕的位置也是活塞上止点位置。将传感器支架〔18〕叉口放置于金属片〔15〕两侧，使光源〔17〕光点置于金属片中间位置。则活塞上止点几何位置确定完毕。

第二部分：实验数据采集的实施办法：（见附图1、附图3）。

1.首先将高速采集数据的BASIC程序通过磁盘驱动器送入计算机〔7〕的随机存储器RAM中，然后启动往复机械（如压缩机），待工况稳定后，运行采集程序，微机通过A/D转换器〔6〕的第0路通道输入来自传感器〔1〕的活塞止点同步脉冲讯号数据，正确判断压缩机一个工作循环的起始点，立刻通过A/D转换器〔6〕的第3路通道输入来自传感器〔2〕的缸内压力讯号存入软磁盘中。

2.为进行压力标定采集进气、排气名义压力的方法如下（见附图3）：快速将三通阀〔10〕切换方向，使压力传感器〔2〕接通三通阀〔11〕，与气缸则不通;三通阀〔11〕的方向是接通大气，则可进行进气名义压力线的数据采集，以As表示。然后将三通阀〔11〕快速切换方向，接通排气压力定标罐方向，则大气方向不通，进行排气名义压力线的数据采集，以Ad表示，排气压力定标罐上的标准压力表〔13〕所指示排气压力为Pd则压力标定常数R为：

R＝ (Ad-As)/(Pd) （1）

第三部分：数据处理与显示的实施办法：

1.所采集原始数据的处理采用移动算术平均法进行。一个工作循环采集了m个压力讯号，分成几组，每组依次移位求取算术平均值，现以8个数据为一组，可用下述平均值算式：

Ai＝ 1/8 $\underset{\mathrm{j\; =\; 0}}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}$ Ai×8+j （2）

（i＝1、2、……n）

平滑处理后的数据Ai乘以压力标定常数R即得相应缸内瞬时压力值Pi：

（i＝1、2、……n）

2.以缸内瞬时压力值Pi为纵座标，活塞止点两个同步讯号之间的时间间隔曲轴旋转一周的角度为横座标，运行相应BASIC程序在绘图仪上可绘出开式指示图（P-α曲线）。

3.往复机械曲轴任意转角α的瞬时，活塞离外止点的位移x为：

x＝L〔1- $\sqrt{{\mathrm{1-\lambda }}^2\mathrm{Sin}{}^2\alpha }$ +λ（1-Cosα）〕 （4）

式中：λ＝r/L-曲轴旋转半径和连杆长度之比。

γ-曲轴旋转半径，m。

L-连杆长度，m。

对应活塞位移x，气缸的行程容积V为：

V＝ (π)/4 D²·x

＝ (π)/4 D²·L〔1-

+λ（1-Cosα）〕 （5）

式中D-气缸直径，m。

V-气缸行程容积，m³。

通过相应BASIC程序，对应任意转角α利用公式（5）可算出相应气缸行程容积V，程序中注意压力Pi与V的对应关系及首尾衔接情况，可以得到闭式压力-容积图（P-V曲线）。由P-V曲线通过程序可计算出指示功率Ni，进、排气功率损失△Ns、△Nd，压缩指数n，膨胀指数m以及容积系数λv和压力系数λp等。

Claims (3)

1、高速往复机械压力指示图测试装置，其特征在于该装置采用微型计算机[7]和A/D转换器[6]来进行控制，数据采集和处理。

2、按照权项1所说的测试装置，其特征在于包括活塞光电止点传感器〔1〕和压力定标器〔3〕。

3、按照权项1、2所说的测试装置，其特征在于压力定标器〔3〕是由两个三通阀〔10〕和〔11〕及压力定标罐〔12〕组成。

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