[摘要(yào)]介紹了用(yòng)渦街(jiē)流量計 測(cè)量柴(chái)油機(jī)脈動進氣(qì)時動态(tài)數據采(cǎi)集及處理方(fāng)法,研究(jiū)了(le)脈動進氣對(duì)流量(liàng)系統(tǒng)誤差和修正系(xì)數的影響。對在(zài)幹擾(rǎo)狀态(tài)下得(dé)到的數據以誤差方法進(jìn)行了(le)分析及處理,得(dé)到了渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計的(de)流量修正(zhèng)系數(shù)與脈(mò)動系(xì)數之(zhī)間(jiān)的(de)關系。
引言(yán)
　　内燃機的(de)燃油控制和廢(fèi)氣再循(xún)環等系統都需要(yào)對進氣流量進(jìn)行正(zhèng)确的測量,但由(yóu)于活塞式内燃機進氣(qì)管(guǎn)内的(de)流動(dòng)爲脈(mò)動流,測量(liàng)系(xì)統不可(kě)避免地存在氣(qì)流脈(mò)動的(de)慣性(xìng)誤差以及脈動(dòng)壓力(lì)的傳輸誤差,因此很(hěn)難正确地測(cè)定(dìng)出這(zhè)類裝置的進氣(qì)流量(liàng)。目(mù)前,雖然(rán)對脈動流的測量進行了(le)一些(xiē)較深入的研究[21,但主要的方法(fǎ)仍然是在被(bèi)測裝置和流量計(jì)之間(jiān)放置(zhì)一個(gè)大容積穩(wěn)壓箱(xiāng)以(yǐ)抑制(zhì)氣流的脈動(dòng),使之在流(liú)量計的安裝部位能夠(gòu)形成較(jiào)爲穩定的流動,這(zhè)種方法(fǎ)隻适(shì)合在實驗(yàn)室條(tiáo)件下(xià)應用(yòng)。對于(yú)車用内燃(rán)機來(lái)說,由(yóu)于空間限(xiàn)制,不能安裝大(dà)容量穩壓箱,隻(zhī)能進(jìn)行直接測量。但(dàn)直接(jiē)測量(liàng)結果(guǒ)存(cún)在(zài)較大(dà)的誤(wù)差(chà),需要進(jìn)行修正(zhèng)。文獻[3]給(gěi)出了 孔闆流量(liàng)計 和 渦輪(lún)流量(liàng)計 的修(xiū)正(zhèng)系數(shù),但未(wèi)給出最适(shì)合車(chē)用内燃(rán)機脈動進(jìn)氣流測(cè)量41的熱線(熱膜)流量計和(hé)渦街流量(liàng)計的修正(zhèng)系數。本文(wén)用渦街流量計(jì)測定(dìng)各種轉速下柴(chái)油機(jī)脈動進氣(qì)流的(de)流量,用誤(wù)差方法對測量(liàng)數據進行分析和處(chù)理,得到渦街流量(liàng)計(jì)的修(xiū)正系(xì)數。
1脈動系(xì)數一穩定(dìng)流和脈動(dòng)流(liú)的劃分(fèn)
　　脈動流強(qiáng)度用脈動(dòng)系數表示(shì),定義爲最(zuì)大流(liú)量qmax與(yǔ)最(zuì)小流量(liàng)qmin的差值的(de)一半與平均流量qew的(de)比值，即(jí)

　　用(yòng)ip=0.03作爲劃分穩定流和(hé)脈動流的界限(xiàn)值。當(dāng)ip>0.03時爲脈動(dòng)流,流量(liàng)的測量(liàng)會産(chǎn)生系(xì)統誤(wù)差(chà),要用适當的(de)修正系數進行(háng)修正。修(xiū)正系數(shù)與流量計的類(lèi)型、脈(mò)動流的強(qiáng)度和(hé)波(bō)形等諸(zhū)多因(yīn)素有(yǒu)關,沒(méi)有統(tǒng)一的經驗(yàn)公式,隻(zhī)能(néng)由試(shì)驗得到。
2試驗設(shè)備和方法(fǎ)
2.1試驗(yàn)設備(bèi)和儀器(qì)
　　試(shì)驗是(shì)在發動機試驗台架上進(jìn)行的(de)。所用柴油機型号爲6120a,轉速(sù)範圍爲600~2000r/min,總排(pái)量爲9.5×10-3m3'。采用lugb型渦街流量計(jì),規(guī)格爲(wèi)φ=100mm,量程爲100~1000m3/h,精度爲(wèi)1%。由自行設(shè)計的(de)以80c196kb單片機爲(wèi)核(hé)心的數據(jù)采集(jí)和控制(zhì)系統完(wán)成數(shù)據(jù)采(cǎi)集。另外,還設計(jì)安裝(zhuāng)了容積爲1m3帶阻尼管的(de)穩(wěn)壓箱51,用于測量發動(dòng)機各轉速(sù)時的(de)實(shí)際進氣流量(liàng)qo。
2.2數據(jù)采集(jí)方法(fǎ)
　　在管道中插入一個柱狀(zhuàng)物,流(liú)體流經柱(zhù)狀物(wù)時,在(zài)柱狀物兩(liǎng)側産生(shēng)有(yǒu)規則的旋渦,稱(chēng)爲卡(kǎ)門渦街。當管道雷諾(nuò)數爲2×104~7×106時,卡(kǎ)門渦街發生頻(pín)率與流速成(chéng)正比,檢測頻(pín)率就(jiù)可求(qiú)得(dé)流速,進(jìn)而計(jì)算.出流量(liàng).

式中(zhōng)ξ----流(liú)量(liàng)計儀(yí)表常(cháng)數(shù),m3/次(cì)
f----旋渦(wō)頻率(lǜ),hz.
　　初步(bù)試驗(yàn)發現,在脈(mò)動強(qiáng)度較大時,與流(liú)量(liàng)計配套的流(liú)量積算器顯示(shì)的流量示值波(bō)動很(hěn)大(dà)。分析認(rèn)爲,主要原因是脈動強度較大(dà)時,旋渦的(de)脫落變得不規則,旋(xuán)渦發生頻(pín)率變(biàn)動較(jiào)大,導緻流量示值波動很(hěn)大。若(ruò)直(zhí)接檢測(cè)單位(wèi)時間内的旋渦的(de)個數,則沒有合(hé)适的數(shù)據處理方法将(jiāng)異常的頻率剔(tī)除。因此,試驗中(zhōng)采集記錄各個(gè)旋渦(wō)的周期ti,将(jiāng)異常周期經适(shì)當處(chù)理(lǐ)後(hòu),用求(qiú)積分平均(jun1)值的方法(fǎ)計(jì)算一段時間内的平均流(liú)量

式中n一旋(xuán)渦個數
3試(shì)驗結果及(jí)分析
3.1剔除(chú)異常旋(xuán)渦(wō)周期(qī)減小(xiǎo)随機誤差(chà)
　　圖1是(shì)實測(cè)的旋(xuán)渦周期。由圖1可以發現(xiàn),某(mǒu)些旋(xuán)渦周(zhōu)期(qī)很(hěn)小,若直接(jiē)計(jì)算流量,将導緻流量很(hěn)大,因(yīn)此(cǐ),需要對很小(xiǎo)的旋(xuán)渦周期作适(shì)當處理(lǐ)。正常(cháng)情況下,相(xiàng)鄰數據之(zhī)間的(de)變動(dòng)應(yīng)在一定(dìng)範圍之内(nèi),超出(chū)正常(cháng)範圍(wéi)的數(shù)據應(yīng)視爲異常值。爲此(cǐ),将(jiāng)采樣(yàng)數據相鄰(lín)兩點之間的差(chà)值的(de)絕對值累加,再對總(zǒng)累(lèi)加(jiā)值平均後得到采樣(yàng)數據兩點之間的平均變(biàn)動值(zhí)△。若兩個(gè)采樣點(diǎn)ti和ti+1之(zhī)間變動值|ti-ti+1|>ɑ△(ɑ值(zhí)可根(gēn)據(jù)信号(hào)的具體情(qíng)況設(shè)定,本文取a=3),則認(rèn)爲ti+1爲(wèi)異常值。剔(tī)除異(yì)常值後,用(yòng)式(3)依次計算相同時(shí)間(jiān)間隔内的平均流量,結(jié)果顯(xiǎn)示平均流(liú)量波動不大,對(duì)柴(chái)油機所有的(de)工況,流量(liàng)随機(jī)誤差均(jun1)小于2%。。這(zhè)使下面的(de)系統(tǒng)誤差(chà)分析和修(xiū)正系數計(jì)算成爲可(kě)能。圖2是按上述(shù)方法(fǎ)處理異常(cháng)旋渦周期後得(dé)到的轉速(sù)爲1000r/min時的平均流(liú)量qev和随(suí)機誤差。

3.2系統誤差與脈(mò)動系(xì)數(shù)的關系
　　在不安(ān)裝穩壓(yā)箱的(de)情況(kuàng)下,測(cè)量的(de)發動機各(gè)轉速時(shí)的脈動進氣流(liú)量稱爲(wèi)指示流(liú)量。指示流(liú)量的平均值(zhí)稱平均指示流(liú)量,簡稱平(píng)均流(liú)量qe爲了(le)确定渦(wō)街流(liú)量計測量柴(chái)油(yóu)機脈(mò)動進(jìn)氣流(liú)量(liàng)時(shí)的系(xì)統誤差(chà),特(tè)别安(ān)裝了(le)大(dà)容積的(de)穩壓箱,對(duì)脈動(dòng)進氣(qì)流濾波。在(zài)保持ip<0.03的條件下,測定發動機各轉速時的進氣流量,該(gāi)穩定流條(tiáo)件下測(cè)得的流量稱(chēng)爲(wèi)實(shí)際(jì)流量qo.渦(wō)街(jiē)流量計測(cè)脈動(dòng)流時(shí)的流(liú)量(liàng)系(xì)統誤差b爲

　　圖3示出了(le)發動機各轉速時的(de)實(shí)際流量(liàng)和平均(jun1)指示流(liú)量,圖4示出了發(fā)動機各轉(zhuǎn)速時(shí)的流量脈(mò)動1系(xì)數和系(xì)統誤差(chà)。

　　很明顯,在不安(ān)裝穩壓箱的情(qíng)況下，柴油機進(jìn)氣.的脈動強度随轉(zhuǎn)速變化,低(dī)轉速(sù)時脈動強度大(dà),随着(zhe)轉速的升高,脈(mò)動強(qiáng)度逐漸減小。流(liú)量系(xì)統誤(wù)差随脈動(dòng)強(qiáng)度(dù)變化(huà),脈動(dòng)強(qiáng)度大則(zé)系統誤差(chà)也大(dà)。在此(cǐ)要(yào)特别指(zhǐ)出的是(shì)文獻[3]中(zhōng)給出(chū)的孔(kǒng)闆流量計(jì)和渦輪流(liú)量計的系(xì)統誤(wù)差均(jun1)爲正值(zhí),而(ér)渦街流量(liàng)計測量柴(chái)油.機脈動(dòng)進氣(qì)流時的流(liú)量系統誤差爲(wèi)負值,即(jí)平(píng)均指(zhǐ)示流(liú)量小于對(duì)應轉速時(shí)的實際流量。這個結果似乎(hū)是錯誤(wù)的,因(yīn)爲(wèi)脈動使(shǐ)得氣流流(liú)動不穩定(dìng),好(hǎo)像應該(gāi)産生較多的旋(xuán)渦,指(zhǐ)示流量應(yīng)該變大。恰恰(qià)相(xiàng)反,真實的(de)情況(kuàng)是周(zhōu)期性(xìng)的脈動抑(yì)制了旋渦(wō)的(de)脫落(luò)091。在周期(qī)性脈(mò)動的作用(yòng)下，旋(xuán)渦(wō)發(fā)生體(tǐ)後剪(jiǎn)切層中的旋渦以小(xiǎo)的振(zhèn)幅不規則地攝(shè)動,攝動使得大(dà)旋渦破碎變小,同時伴随(suí)着産(chǎn)生多個小旋渦(wō),雖然旋(xuán)渦總數(shù)增加(jiā),但旋渦群(qún)從剪(jiǎn)切層中脫(tuō)落出來的強度(dù)減弱(ruò)。當旋渦脫落(luò)強(qiáng)度減(jiǎn)弱到(dào)一定程(chéng)度時,壓(yā)電晶體(tǐ)傳(chuán)感器(qì)将檢測(cè)不出該(gāi)旋渦(wō)的脫(tuō)落,從(cóng)而(ér)導(dǎo)緻(zhì)了平均(jun1)指示(shì)流量小于實際流量。仔細地調整流量計(jì)放大(dà)電路(lù)中交(jiāo)流電(diàn)壓(yā)放大器(qì)的放大倍(bèi)數和(hé)施密(mì)特觸(chù)發器(qì)的靈敏度将有(yǒu)助于減小(xiǎo)流量(liàng)系統誤差,當然(rán)不能(néng)完(wán)全消(xiāo)除。
　　将上述結果整(zhěng)理後重(zhòng)新畫在(zài)圖5中(zhōng)。圖中給出.了系統誤差與(yǔ)脈動系數之(zhī)間(jiān)的關(guān)系,同(tóng)時也(yě)給出了所謂流量修(xiū)正系數與脈動系(xì)數(shù)之間的關(guān)系,流量(liàng)修(xiū):正系數f,爲

　　根據(jù)流量修正系數(shù)與脈(mò)動系(xì)數之(zhī)間的關系(xì),變速(sù)工沉下的流(liú)量控制系(xì)統(tǒng)即可(kě)根據實測的脈動系(xì)數得到相應的流量(liàng)修正(zhèng)系數(shù),對流量進(jìn)行修(xiū)正(zhèng)。
4結(jié)論.
(1)采樣系(xì)統采集記(jì)錄渦(wō)街(jiē)流量計(jì)旋渦周期,剔除(chú)異常(cháng)旋(xuán)渦周(zhōu)期後,用求積分平(píng)均值(zhí)的方(fāng)法計(jì)算得(dé)到的平均(jun1)流量的(de)随(suí)機誤(wù)差小于2%。
(2)周期性的脈(mò)動抑(yì)制了(le)旋渦的脫落,平(píng)均指(zhǐ)示流量小(xiǎo)于對(duì)應轉速時(shí)的實際(jì)流(liú)量(liàng),平(píng)均指(zhǐ)示流(liú)量應(yīng)根據相應的流(liú)量修(xiū)正系數進(jìn)行修正。

(3)得出了渦街流量計(jì)的(de)流量修(xiū)正系數與脈動系(xì)數之(zhī)間的(de)關系。

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