壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置設(shè)計

1、目 錄第一章 緒論11.1設(shè)計目的21.2壓燃式發(fā)動機的燃料噴射裝置概述21.3噴油過程41.4幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義：51.5噴油器總成5第二章 壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置的設(shè)計72.1壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置控制系統(tǒng)概述72.2壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置的原理112.3壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置相位調(diào)整112.4壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置測量線路112.5壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置試驗結(jié)果分析152.6壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置校驗壓電壓力傳感器162.7壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力16第三章 機械傳動選用及設(shè)計計算183.1圓錐齒輪

2、的計算183.2主傳動軸的相關(guān)概算203.3花鍵聯(lián)軸器的計算203.4.壓力波動的分析223.5.燃油的可壓縮性223.6.管路的容積變化233.7.管路中的壓力波動233.8. 噴油泵的參數(shù)選擇及其對柴油機性能的影響243.9.噴油泵的速度特性校正263.10可變減壓容積273.11.可變的減壓作用273.12.高壓油管273.13.壓燃式內(nèi)燃機異常噴射現(xiàn)象283.14二次噴射293.15穩(wěn)定噴射30第四章 測試精度31第五章 設(shè)計小結(jié)35致 謝36參 考 文 獻37第一章 緒論測試的基本任務(wù)是獲取有用的信息。首先是檢測出被測對象的有關(guān)信息，然后加以處理，最后將其結(jié)果提供給觀察者或輸入其他信

3、息處理裝置、控制系統(tǒng)。因此，測試技術(shù)是屬于信息科學范疇，是信息技術(shù)三大支柱（測試控制技術(shù)、計算技術(shù)和通信技術(shù)）之一。測量是以確定被測物屬性量值為目的的全部操作。測試技術(shù)具有試驗性質(zhì)的測量，或者可理解為測量和試驗的綜合。人類在從事社會生產(chǎn)、經(jīng)濟交往和科學研究活動中，都與測試技術(shù)息息相關(guān)。測試是人類認識客觀世界的手段，是科學研究的基本方法。科學的基本目的在于客觀地描述自然界?？茖W定律是定量的定律?？茖W探索需要測試技術(shù)，用準確而簡明的定量關(guān)系和數(shù)學語言來表述科學規(guī)律和理論也需要測試技術(shù)，檢驗科學理論和規(guī)律的正確性同樣需要測試技術(shù)?？梢哉J為精確的測試是科學的根基。在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、

4、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗等，都離不開測試技術(shù)。特別近代工程技術(shù)廣泛應(yīng)用著的自動控制技術(shù)已越來越多的運用測試技術(shù)，測試裝置已成為控制系統(tǒng)的重要組成部分。甚至在日常生活用具，如汽車、家用電器等方面也離不開測試技術(shù)。測量是人類認識和改造物質(zhì)世界的重要手段之一。通過測量，人們可以對客觀事物獲得數(shù)量的概念，通過歸納和分析，總結(jié)出規(guī)律。為了進行測量，必須規(guī)定一些標準單位，如在國際單位制中，規(guī)定長度的單位為米，時間的單位為秒，質(zhì)量的單位為千克，電流強度的單位為安培等等。所謂測量是借助儀器把待測物理量的大小用某一選定的單位表示出來，其倍數(shù)即為物理量的數(shù)值。測量值應(yīng)該由數(shù)值和單位組成?？傊瑴y試技術(shù)已廣泛的

5、應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、國內(nèi)貿(mào)易、國防建設(shè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護和人民生活的各個方面，起著越來越重要的作用，成為國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的一項必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。因而，使用先進的測試技術(shù)也成為經(jīng)濟高度發(fā)展和科技現(xiàn)代化的重要標志之一。根據(jù)獲得測量結(jié)果的方法不同，測量可分成兩大類：1.直接測量能夠利用儀器直接讀出物理量的測量值的測量稱為直接測量，相應(yīng)的物理量稱為直接測量量。例如，用電壓表測量電壓，用溫度計測量溫度等。2.間接測量在多數(shù)情況下，借助于一定的函數(shù)關(guān)系，由直接測量通過計算而獲得待測物理量的測量稱為間接測量，相應(yīng)得到的物理量稱為間接測量量。例如，圓柱的體積V可以用米尺測出它的

6、高H和直徑D，通過 計算。H和D是直接測量量，而體積V則是間接測量。由于本課題研究的是油管的殘留壓力,該壓力是可通過裝置直接采樣的,無需通過借助一定的函數(shù)關(guān)系計算獲得,因此該壓力測試是直接測量。1.1設(shè)計目的柴油機供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目前在評估新品開發(fā)設(shè)計的噴油泵和噴油嘴的性能時，也常以多參數(shù)的電測量作為考核項目之一。因此，測量的精確性就顯得越發(fā)重要了。在以往的電測試驗中，出現(xiàn)過油嘴已噴油的工況下，測出的油管壓力低于油嘴開啟壓力的情況。例如在二零零二年八月高速一號泵的電測試驗中，油嘴開啟壓力為12.5MPA，當油泵轉(zhuǎn)速為250RPM時，測出的嘴端最高

7、壓力只有11.69MPA。還有，日本VE泵在二零零二年九月的試驗中，油嘴開啟壓力為18.13MPA（185kgf/cm2），在油泵轉(zhuǎn)速為390RPM時，測出的嘴端最高壓力只有17.013MPA（173.6 kgf/cm2）。在上述兩例試驗中，油嘴針閥均已開啟噴油。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么呢？現(xiàn)有使用的傳感器、信號轉(zhuǎn)換儀、數(shù)據(jù)處理儀、都是具有世界先進水平的儀器。精度很高，隨機誤差很小。這就要考慮是否存在較大的系統(tǒng)誤差，即要從測試方法的角度去考慮了。目前一般采用壓電式傳感器測量壓力。壓電傳感器因其機械強度高，體積小，重量輕、高頻特性良好，輸出線性好等優(yōu)點，而被廣泛采用。但當被測壓力變化頻率低，變化

8、幅度小時，壓電晶體的電荷量變化難于反映到測量結(jié)果中，即壓電傳感器的低頻特性差。而我們測量的油路中存在這種變化頻率低、幅度小的壓力高壓油管中的殘留壓力。因此，壓電傳感器是測不出這種壓力的。上面提到的現(xiàn)象極可能是因為測不出殘留壓力而產(chǎn)生的。在課題立項時，還曾考慮過壓電傳感器靈敏度變化問題，還有高壓油管嘴端壓力與針閥體內(nèi)壓力室的壓力差異問題，是否會對壓力測量精度產(chǎn)生一定的影響。這些都將在下面的論文中予以闡述。1.2壓燃式發(fā)動機的燃料噴射裝置概述燃油噴射裝置是柴油機的一個重要組成部分，在產(chǎn)品改進和新品試制過程中，為了獲得良好的性能指標，往往需要對燃油噴射系統(tǒng)進行大量的調(diào)試工作.根據(jù)大量實踐表明,對現(xiàn)代

9、柴油機噴射裝置的要求是:（1）能精確的控制每循環(huán)的噴射量(并要求每缸等量),并在規(guī)定的時間內(nèi)(噴射持續(xù)角)噴入汽缸，換言之，即要求具有合適的噴油率。（2）為了優(yōu)化柴油機的性能、煙度、噪聲和排放，需要具備能隨柴油機負荷和轉(zhuǎn)速變的、精度為1A的噴油提前角。（3）為了將柴油和空氣混合，需要高的噴射壓力，對具有強空氣渦流的直噴式或非直噴式柴油機，最大噴射壓力為3040MPA，對低渦流直噴式，最大噴射壓力約為4548MPA，對無渦流直噴式，最大噴射壓力在100MPA以上。近年來，得到蓬勃發(fā)展的電控噴射系統(tǒng)，在實現(xiàn)要求（2）方面已比常規(guī)的機械液力式噴射裝置顯示出更大的優(yōu)越性，并開辟了將噴油系統(tǒng)控制和運輸車

10、輛控制結(jié)合起來的可能性。在壓燃式內(nèi)燃機出現(xiàn)早期，燃油噴射是通過高壓空氣實現(xiàn)的。一九二七年，德國博世（BOSH）公司開始專業(yè)生產(chǎn)以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量的機械式噴油泵，這種噴油泵的工作原理至今仍用于多數(shù)壓燃式內(nèi)燃機的燃料供給系統(tǒng)中。 圖1-1 燃油系統(tǒng)圖如圖1-1整個燃油系統(tǒng)由低壓油路（油箱、輸油泵、燃料濾請器、）（噴油泵、高壓油管、噴油器）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。其核心部分是高壓油路所組成的噴油系統(tǒng)，人們也把這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)稱之為泵-管-嘴系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，噴油泵有柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵兩種。對柱塞式噴油泵，每個柱塞元件對應(yīng)于一個氣缸，多缸內(nèi)燃機所用的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等且和為一體，

11、構(gòu)成合成式噴油泵；對小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機，常采用每個柱塞元件獨立組成一個噴油泵，稱之為單體噴油泵。轉(zhuǎn)子分配式噴油泵是用一個或一對柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機的氣缸內(nèi)噴油，這種主要用于小缸徑高速壓燃式內(nèi)燃機上，其制造成本較低。在上述泵-管-嘴燃料供給系統(tǒng)中，由于有高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機上的布置比較方便靈活，加上已積累了長期制造與匹配的理論與經(jīng)驗，因此，目前這種系統(tǒng)仍在各種壓燃式內(nèi)燃機上得到廣泛應(yīng)用。但是，也正由于高壓油管的存在，降低了整個燃油供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛性，難于實現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，也使這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定的限制。為了滿足壓燃式內(nèi)燃機不斷強化及

12、日益嚴格的排放與噪聲法規(guī)的要求，目前正在大力發(fā)展各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)，如采用短油管的單體泵系統(tǒng)、泵噴嘴與PT系統(tǒng)、蓄壓式或共軌系統(tǒng)等等。在目前對于上述各種噴射裝置的研制中，對噴射裝置系統(tǒng)壓力性能有著很高的要求，而油管的殘留壓力，在整個壓力系統(tǒng)中占有十分重要的地位，因此對殘留壓力裝置的研究對整個燃油噴射裝置性能的提高有著十分重要的作用。1.3噴油過程壓燃式內(nèi)燃機工作時，曲軸通過定時齒輪驅(qū)動噴油泵旋轉(zhuǎn)，燃油從油箱經(jīng)濾清、輸油泵加壓（約0.10.15MPA）到噴油泵的低壓油腔。當挺柱體總成的滾輪在凸輪基圓時，柱塞腔與低壓油腔通過進、回油孔聯(lián)通，向柱塞腔供油，噴油泵凸輪軸運轉(zhuǎn)，凸輪推動挺柱體總

13、成克服柱塞彈簧力向上運動。當柱塞頂面上升到與進、回油孔上邊緣平齊，進、回油孔關(guān)閉，柱塞腔與低壓油腔隔離。當柱塞再向上運動時，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮，壓力升高。當壓力上升到大于出油閥開啟壓力與高壓油管內(nèi)殘壓之和時，出油閥開啟，燃油流入出油閥緊帽進到高壓油管、噴油器體內(nèi)油路及針閥體盛油槽內(nèi)。柱塞繼續(xù)上升，油壓升高，當噴油器針閥體盛油槽內(nèi)的油壓達到并超過針閥開啟壓力時，針閥打開，向氣缸內(nèi)噴油。由于柱塞頂面積大，噴油器的噴孔面積小，故噴射過程中壓力繼續(xù)升高。當柱塞上升到其斜槽上邊緣與回油孔的下邊緣相聯(lián)通時，柱塞再上升，柱塞腔與低壓油腔相通，燃油流經(jīng)回油孔開啟截面進入低壓油腔，柱塞腔壓力下降。隨后出油閥在

14、彈簧力和兩端油壓的綜合作用下開始下行，當減壓凸緣進入出油閥座孔后，出油閥緊帽腔與柱塞腔隔離，使緊帽腔到噴油器所組成的高壓油路內(nèi)保持一定量燃油，出油閥仍繼續(xù)下行到落座。出油閥在落座過程中，由于減壓容積的作用，使高壓油路（出油閥緊帽腔、高壓油管、噴油器體內(nèi)油道、盛油槽容積的總和）中燃油壓力迅速下降。當盛油槽內(nèi)的燃油壓力小于針閥關(guān)閉壓力時，針閥落座，噴油停止。由于燃油的可壓縮性與慣性，壓力的傳播與反射，高壓油管內(nèi)的燃油將產(chǎn)生一定的壓力波，壓力波在出油閥緊帽腔到針閥體的盛油槽內(nèi)不斷衰減，趨于一定壓力定值即殘留壓力。上述噴油過程是可用壓力傳感器及位移傳感器和相應(yīng)儀器測出，考慮到測量的方便性和可行性，通常

15、噴油過程試驗僅測出泵端壓力、嘴端壓力、針閥升程和噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角變化關(guān)系。隨后，出油閥落座時，柱塞在凸輪驅(qū)動下繼續(xù)上行到最大行程后，在柱塞彈簧力作用下，沿凸輪下降段下行，在下行過程中，噴油泵不產(chǎn)生泵油作用，至此，完成了一個泵油循環(huán)。在柱塞上升過程中，柱塞從下止點上升到進、回油孔關(guān)閉時所經(jīng)過的距離，稱之為噴油泵柱塞的預行程，它的大小決定了柱塞在壓油過程中初速度的大小，將影響噴油速率；柱塞封閉進、回油孔開始壓油到柱塞斜槽上邊緣與回油孔相通開始回油所經(jīng)歷的升程，稱之為噴油泵柱塞的有效行程，它的大小與循環(huán)供油量有關(guān)，決定了噴油器循環(huán)噴油量的大小。從上述噴油過程的概述可知，噴油試驗過程涉及了泵端壓力

16、嘴端壓力。而為了真實獲得這兩個壓力必須與油管的殘留壓力結(jié)合起來。因此油管的殘留壓力是整個噴油過程的一個組成部分，對整個噴射過程有著十分重要的作用。1.4幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義：幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系上求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每妙）噴油泵供入高壓系統(tǒng)的燃油量（mm3/（。）泵軸或mm3/s）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時間t）的變化關(guān)系。由于它純粹是幾何關(guān)系決定的，因此只要知道柱塞的運動特性即可。噴油規(guī)律是指在噴油過程中，每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量隨時間或泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。1.5噴油器總成噴油器總成對于柴油機來說，有著非常重要的作用。噴油器總成在發(fā)動機上的安裝及噴油器總成的噴射性能

17、直接影響柴油發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、使用性能及可靠性。噴油器不僅決定著噴霧質(zhì)量、油束與燃燒室的配合，而且影響噴油特性（噴油時刻、噴油延續(xù)時間、噴油規(guī)律），這些都直接影響發(fā)動機的性能指標。如果噴油不良，油束和燃燒室配合不好，則混合氣形成惡化，燃燒變壞，性能下降。在新產(chǎn)品的試制過程中，往往需要對噴油器作大量的調(diào)試，才能使柴油機達到設(shè)計指標；在使用過程中，常由于噴油器的故障使發(fā)動機性能下降，甚至不能運轉(zhuǎn)。所以噴油器是影響柴油機設(shè)計指標和使用性能的關(guān)鍵部件之一。噴油器總成通過法蘭、壓板和螺套緊固在發(fā)動機的氣缸頭上，它的噴油嘴端深入到發(fā)動機氣缸的燃燒室內(nèi)。噴油器的高壓油道通過高壓油管與噴油泵總成的出油閥

18、接頭相連接，回油油路相互連接直接回到油箱。噴油器總成的功用是：1.將一定數(shù)量的具有合適噴射壓力的燃油霧化，以促進燃油在發(fā)動機氣缸內(nèi)的著火燃燒。2.借助于（或者不借助于）空氣渦流將燃油噴注并力求均勻分布到氣缸的燃燒室內(nèi)，特別對于無渦流的開式燃燒室，噴油器總成的安裝精度是一個很值得重視的問題。一般噴油器總成由噴油嘴偶件、噴油器體、調(diào)壓裝置、油管接頭、緊帽等、部件組成。當高壓燃油經(jīng)高壓油道進入噴油嘴偶件盛油槽部位而壓力積蓄到能克服調(diào)壓彈簧對針閥的壓緊力時，針閥被升起，高壓油進入嘴端的高壓腔經(jīng)噴孔霧化而噴射到氣缸的燃燒室內(nèi)。當噴油泵終止泵油，油道內(nèi)壓力降低，針閥受彈簧的壓力而降致針閥座面以關(guān)閉高壓腔，

19、這時燃油不能經(jīng)過噴油孔而進入發(fā)動機氣缸的燃燒室，而燃燒室的燃點也不能進入噴油器體內(nèi)。由于噴油器總成的主要組成是噴油嘴偶件，而噴油嘴偶件又有不同的結(jié)構(gòu)形式，所以噴油器總成也有不同的結(jié)構(gòu)形式。小發(fā)動機的油嘴開啟壓力較低，而大發(fā)動機的油嘴開啟壓力和關(guān)閉壓力應(yīng)足夠高，以保證噴射終止后針閥能克服燃燒室高壓而落座，否則燃燒室氣體將進入油嘴，使噴孔和針閥積碳而進一步影響燃油的噴射和燃燒。噴油器中噴油壓力的影響：在燃油噴射過程中，燃油壓力是變化的。一般講，小型高速柴油機的噴油嘴針閥開啟壓力為1220MPA，最高燃油壓力是4060MPA，而大型柴油機噴油嘴針閥開啟壓力為2130MPA，最高噴油壓力約為80100

20、MPA以上。噴油壓力直接影響噴油持續(xù)時間和燃油霧化質(zhì)量。如果噴油壓力過低，則燃油霧化不好，而且容易引起燃氣回竄將噴油嘴燒壞。隨著噴油壓力提高，可以使油束出口速度增加，降低油滴的平均直徑，使油滴蒸發(fā)加快，加速油束在空氣中的擴散，使空氣卷入的相對速度增加，同時噴射持續(xù)期縮短，這樣就大大提高了混合氣形成速率，從而改善燃燒性能。噴油壓力對然油消耗率的影響：隨著噴油壓力提高，燃油消耗率下降。所以近年來在柴油機上有提高噴油壓力的趨勢，甚至采用高壓噴射。例如在大型柴油機上噴油壓力已提高到100MPA以上，MAN公司的58/64系列柴油機的最高噴油壓力已達130MPA，并打算提高到140MPA，在小型高速柴油

21、機上，由于受到噴油泵強度的限制，最高噴油壓力通常在70MPA以下。應(yīng)該指出，由于最高噴油壓力的出現(xiàn)是瞬時的，因此應(yīng)用平均有效壓力（即在噴油持續(xù)期內(nèi)通過噴孔的平均壓降）來判斷噴油過程的好壞更為合理。隨著平均有效壓力的提高，燃油消耗率和煙度都相應(yīng)下降。第二章壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置的設(shè)計壓力和流量等流體參量的測量，在眾多工程領(lǐng)域中都具有十分重要的意義。各種壓力和流量測量裝置盡管在原理或結(jié)構(gòu)上有很大差別，但它們的共同特點是都有中間轉(zhuǎn)換元件，以便把流體的壓力、流量等參量轉(zhuǎn)換為中間機械量，然后再用相應(yīng)的傳感器將中間機械量轉(zhuǎn)換成電量輸出。這種中間轉(zhuǎn)換元件對測量裝置的性能有著重要的影響。另一個特點是壓力

22、和流量測量中，測量裝置的測量精度和動態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器本身及由它所組成的測量系統(tǒng)的特性有關(guān)，而且還和由傳感器、連接管道等組成的流體系統(tǒng)的特性有關(guān)。在非電量測試技術(shù)中，首先遇到的是將各種非電量變換為電量，我們稱能夠完成這種變換功能的裝置為傳感器。傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始參數(shù)進行精確可靠的測量，那么無論是信號轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示與控制都是不可能實現(xiàn)的。傳感器也可以認為是人類感官的延伸，因為借助傳感器可以去探索那些人們無法用感官直接測量的事物，例如，用熱電偶可以測得熾熱物體的溫度；用超聲波探測器可以測量海水深度；用紅外遙感器可從高空探測地面上的植被

23、和污染情況，等等。因此，可以說傳感器是人們認識自然界的有力工具，是測量儀器與被測事物之間的接口。在工程上也把提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的器件，稱為測量變換器。傳感器就是輸入量為被測量的測量變換器。傳感器處于測試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個測試裝置的工作質(zhì)量。2.1壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置控制系統(tǒng)概述信息總是蘊涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸?shù)摹＿@些物理量就是信號。就具體物理性質(zhì)而言，信號有光電信號、光信號、力信號，等等。其中，電信號在變換、處理、傳輸和運用等方面，都有明顯的優(yōu)點，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號。各種非電信號也往往被轉(zhuǎn)換成電信號，而后傳輸、處理和運用。在測試工作

24、的許多場合中，并不考慮信號的具體性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時間函數(shù)或空間函數(shù)，從數(shù)學上加以分析研究，從中得出一些具有普遍意義的理論。這些理論極大地發(fā)展了測試技術(shù)，并成為測試技術(shù)的重要組成部分。這些理論就是信號的分析和處理技術(shù)。一般說來，測試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)：以適當?shù)姆绞郊畋粶y對象、信號的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時以電量形式輸出測量結(jié)果。因此，測試系統(tǒng)的大致框圖可以用圖2-1來表示：傳輸被測對象測試者顯示記錄信號處理信號整理傳感器信號整理被測對象圖2-1應(yīng)當指出，并非所有的測試系統(tǒng)都具備圖2-1中所有環(huán)節(jié)，尤其是虛線連接的環(huán)節(jié)和傳輸環(huán)節(jié)。實際上，對環(huán)

25、節(jié)與環(huán)節(jié)之間都存在著傳輸。圖2-1中的傳輸環(huán)節(jié)是指較遠距離的通訊傳輸。客觀事物是多樣的。測試工作所希望獲取的信息，有可能已載于某種可檢測的信號中，也有可能尚未載于檢測的信號中。對于后者，測試工作就包含著選用合適的方式激勵被測對象，使其產(chǎn)生既能充分表征其有關(guān)信息便于檢測的信號。事實上，許多系統(tǒng)的特征參量在系統(tǒng)的某些狀態(tài)下，可能充分地顯示出來；而在另外一些狀態(tài)下確可能沒有顯示出來，或者顯示得很不明顯，以至于難于檢測出來。因此，在后一種情況下，要測量這些特征參量時，就需要激勵該系統(tǒng)，使其處于能夠充分顯示這些參量特性的狀態(tài)中，以便有效地檢測載有這些信號的信號。傳感器直接作用于被測量。并能按一定規(guī)律將被

26、測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量輸出。信號調(diào)理環(huán)節(jié)。把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成更適合于進一步傳輸和處理的形式。這時信號轉(zhuǎn)換，在多數(shù)情況下是電信號之間的轉(zhuǎn)換。 例如將幅值放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變化等等。信號處理環(huán)節(jié)接受來自調(diào)理環(huán)節(jié)的信號，并進行各種計算、濾波分析將結(jié)果輸至顯示記錄或控制系統(tǒng)。信號顯示、記錄環(huán)節(jié)，以檢測者易于認識的形式來顯示測量的結(jié)果，或?qū)y量結(jié)果存貯，供必要時使用。在所有這些環(huán)節(jié)中，必須遵循的基本原則是各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間保持一一對應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，并必須盡可能的減小或消除各種干擾。從以上的各測量環(huán)節(jié)的相互關(guān)系中我們可以知道,任何測量儀器都是由

27、感受件、中間件、效用件組成的.下面我們再對這三個元件作一下簡單的描述.A.感受件它直接與被測對象發(fā)生聯(lián)系(但不一定直接接觸),感知被測參數(shù)的變化,同時對外界發(fā)出相應(yīng)的信號。作為儀器的感受件必須滿足下述三個條件:(1) 它必須隨被測參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的內(nèi)部變化(這個內(nèi)部變化就是傳感器的輸出信號)。如熱電偶的一端受熱后，因金屬的熱電效應(yīng)而產(chǎn)生熱電勢。(2) 它只能隨被測參數(shù)的變化而發(fā)出信號（即不受其它任何參數(shù)的影響）。如熱電偶產(chǎn)生電勢的大小只隨溫度而變化，其它如壓力等參數(shù)的變化不引起電勢的改變。(3) 感受件發(fā)出的信號與被測參數(shù)之間必須是單值的函數(shù)關(guān)系（即一個確定的信號只能與參數(shù)的一個值相對應(yīng)）

28、。例如，不能用水的密度變化來測量+4左右的溫度，因為在這種情況下水的同一個密度大小可以代表兩個不同的溫度。實際上，這三個條件是難以完全得到滿足的，特別是其中第（2）項條件。因此，任何傳感器都不可能是十全十美的，它都受一定使用條件的限制。如在使用上不加以注意，就會得出錯誤的測量結(jié)果。B.中間件最簡單的中間件是“單純”起傳遞作用的元件，它將傳感器的輸出原封不動地傳遞給效用件。這種單純的傳遞件一般只有當傳感器輸出的信號較強，感受件與效用件之間的距離不大或效用件的靈敏度很高（或消耗的能量很小）時才有可能采用。在近代的內(nèi)燃機測試工作中，都要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中觀測、遙測和自動記錄。所以大多數(shù)測量儀器的中間件還

29、必須完成“放大”、“變換”和“運算”任務(wù)。儀器的放大件有兩類：一類是感受件發(fā)出的信號較強，放大時不需外加能量，它只利用杠桿、齒輪等機械構(gòu)件擴大指針和標尺之間的相對位移，使之易于觀測，如機械式示功器中的杠桿、彈簧管壓力計中的杠桿和扇形齒輪傳動機構(gòu)。另一類放大是需要外加能量的，這在電測儀器中用得很多，例如用電子電位計測量熱電勢時，就要將電勢放大十萬倍才能足以驅(qū)動伺服電機帶動指針作出指示。這類放大在電測儀器中利用電子器件來完成。有時，為了放大信號的需要，或改變傳感器輸出信號性質(zhì)的需要，在電測儀器的測量電路中設(shè)有信號“變換器”和“運算器”。C.效用件它直接與觀測者發(fā)生聯(lián)系，其作用是根據(jù)傳感器輸出信號的

30、大小向檢測者顯示被測參數(shù)在數(shù)量上的大小。最簡單而常見的儀器效用件是指示件，它通過標尺和指針（或液面、光線等）的相對位置來反映被測參數(shù)的瞬時值，有這種效用件的儀器也就被稱作指示儀器。效用件能將被測參數(shù)變化歷程記錄下來的儀器稱為記錄式儀器。在記錄式儀器中，除了以記錄筆的運動來反映被測參數(shù)的變化外，還需要另一個作相應(yīng)運動的部件，這樣才能作出函數(shù)的圖形。在現(xiàn)有的條件下此類部件已被打印機等顯示輸出設(shè)備所代替。記錄式儀器所能反映的是被測參數(shù)在各個瞬時的變化情況，但有時需要知道被測參數(shù)對時間的積分。例如，在測定流量時，不僅要知道流量的瞬時值，而且還要知道在某個時間間隔內(nèi)流過的總流量，如以Q表示瞬時流量（m2

31、/s），則就是從時間t1到t2間隔內(nèi)流過的總流量，但這畢竟比較麻煩，為此可以使儀器的效用件自己進行積分，這樣的測量儀器稱積分式累計儀器，如流量計、電度表等。此外，按照效用件的功能來分類的還有：數(shù)字式儀器、信號式儀器、電接觸式儀器、調(diào)節(jié)式儀器，等等。測量儀表按其用途可分為范型儀表和實用儀表兩類。范型儀表是準備用以復制和保持測量單位，或是用做進行各種測量儀表校驗和刻度工作的儀表。這類儀表的準確度很高，對它保養(yǎng)和使用有較高的要求。實用儀表是供實際測量使用的儀表，它又可分為實驗室用儀表和工程用儀表。前者必須要提供關(guān)于它們讀數(shù)的校正曲線或數(shù)值表，使用時應(yīng)考慮周圍環(huán)境對示值的影響（如溫度、壓力、磁場、振動

32、等）。其測量結(jié)果具有較高的準確度，后者并不需要校正資料，它們的準確度是預先根據(jù)其結(jié)構(gòu)、制造和運用條件定出。對它的要求是動作迅速、使用簡單、可靠，其測量結(jié)果能滿足工程測量誤差所允許的范圍。隨機信號的描述：對隨機信號的特點研究可以看出，隨機信號是不能用確定的數(shù)學關(guān)系來描述的，不能預測其未來的任何瞬時值，任何一次檢測值只代表在其變動范圍中可能產(chǎn)生的結(jié)果之一，但其值的變動服從統(tǒng)計規(guī)律。描述隨機信號必須用概率和統(tǒng)計的方法。對隨機信號按時間歷程所作的各次長時間觀測記錄為樣本函數(shù)。樣本函數(shù)在有限時間上的部分稱為樣本記錄。在同一試驗條件下，全部樣本函數(shù)的信號（總體）就是隨機過程。隨機過程的各種平均值（均值、方

33、差、均方值和均方根值等）是按集合平均來計算的。集合平均的計算不是沿某個樣本的時間軸進行，而是將集合中所有樣本函數(shù)對同一時刻的觀測取平均。為了與集合平均相區(qū)別，把按單個樣本的時間歷程進行平均的計算稱為時間平均。隨機過程有平穩(wěn)過程和非平穩(wěn)過程之分。所謂平穩(wěn)隨機過程是指其統(tǒng)計特征參數(shù)不隨時間變化的隨機過程，否則為非平穩(wěn)隨機過程。在平穩(wěn)隨機過程中，若任一單個樣本函數(shù)的時間平均統(tǒng)計特征等于該過程的集合平均統(tǒng)計特征，這樣的平穩(wěn)隨機過程叫各態(tài)歷經(jīng)過程（遍歷性）隨機過程。工程上所遇到的很多信號具有各態(tài)歷經(jīng)性，有的雖不是嚴格的各態(tài)歷經(jīng)過程，但也可以當作各態(tài)歷經(jīng)隨機過程來處理。事實上，一般的隨機過程需要足夠多的樣

34、本函數(shù)（理論上應(yīng)為無限多個）才能描述它，而要進行大量的觀測來獲取足夠多的樣本函數(shù)是非常困難或做不到的。實際的測試工作常把隨機信號按各態(tài)歷經(jīng)過程來處理，進而以有限長度樣本記錄的觀察分析來判斷，估計被測對象的整個隨機過程。也就是說：在測試工作中常以一個或幾個有限長度的樣本記錄來判斷整個隨機過程，以其時間平均來估計集合平均。隨機信號廣泛存在于工程技術(shù)的各個領(lǐng)域中。確定信號一般是在一定條件下出現(xiàn)的特殊情況，或者是忽略了次要的隨機因素后抽象出來的模型。測試信號總是受到環(huán)境噪聲污染的。故研究隨機信號具有普遍、現(xiàn)實的意義。綜上所述，加上對燃油噴射裝置壓力系統(tǒng)的分析可以知道。油管殘留壓力測試裝置所測的油管殘留

35、壓力，同樣也是隨機信號。以上就是對測量控制系統(tǒng)的概述。2.2壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置的原理為了精確地測定高壓油管中的殘留壓力，我們在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，并參照噴油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了一種專門用于測量殘留壓力的測量裝置。柱塞二開有二百四十度的環(huán)槽，并通過一隊圓錐直齒輪與油泵凸輪軸同步轉(zhuǎn)動，柱塞套上裝有壓力表和應(yīng)變式傳感器。當油泵與殘留壓力測量裝置連接的那一缸即將進入供油狀態(tài)時，柱塞的密封面將測量油路與油泵高壓油路切斷。供油結(jié)束后，柱塞上的環(huán)槽使得測量油路與高壓油管相同。這樣，壓力表和傳感器就采集到了供油結(jié)束時期高壓油管中的殘留壓力?？梢詮膲毫Ρ淼谋肀P上直接讀取壓力數(shù)值，也可以以此觀察壓力

36、的變化趨勢。由傳感器采集、信號轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理儀記錄下來的壓力波形，可以得到在一定工況下，一段凸輪軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)壓力波動的情況?？梢娺@兩種記錄方式各有所長。2.3壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置相位調(diào)整要測量與油泵某一缸連接的高壓油管的殘留壓力；需先轉(zhuǎn)動油泵凸輪軸，將該缸轉(zhuǎn)到供油始點位置；再將殘留壓力測量裝置轉(zhuǎn)到附圖1（b）所示的位置。然后，將油泵試驗臺動力輸出端與殘留壓力測量裝置傳動軸的一端、殘留壓力測量裝置傳動軸的另一端與油泵凸輪軸，用聯(lián)軸節(jié)連接起來。這樣，就把殘留壓力測量裝置的相位與油泵的相位對應(yīng)起來了。2.4壓燃式發(fā)動機油管殘留測量裝置測量線路測量殘留壓力所作用的傳感器是應(yīng)變式傳感器。導

37、體受機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。應(yīng)變式傳感器就是用以上原理工作的。對于大多數(shù)作為應(yīng)變片金屬絲的材料來說，其電阻絲電阻變化率 在彈性范圍內(nèi)可用下式表示：式中k為常數(shù)，其值約在.1.63.6之間；= 為應(yīng)變。此式表示金屬電阻絲電阻變化率 與應(yīng)變成線性關(guān)系，而應(yīng)變靈敏系數(shù)k即為此直線的斜率，這就是電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。半導體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點是靈敏系數(shù)高，根據(jù)不同的半導體材料，ks=30175，它比常用的金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏數(shù)系（一般k=2）大幾十倍，于是在應(yīng)變片的應(yīng)用上提供了很大方便。此外，如機械滯后小，橫向效應(yīng)小以及它本身的體積小等優(yōu)點，擴大了它的使用范圍。但半導體應(yīng)變片目前還存在如下缺點：（1）溫度穩(wěn)定性差。不僅因為半導體材料的電阻溫度系數(shù)大，而且它的靈敏系數(shù)隨溫度的變化而有相當大的變化。（2）在大應(yīng)變作用下，靈敏系數(shù)的非線性較大，同時，由于半導體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時引起的