示功图 Indicator card 测取

1. 示功图 Indicator card 测取

2. 示功图的测取 一、测取示功图的目的 二、机械示功器的结构和测图原理 三、电子示功器 四、示功图的种类和测取

3. 一、测取示功图的目的 示功图和示功图面积的含义 测取示功图的目的

4. 示功图和示功图面积的含义 • 示功图：是气缸工质压力随气缸容积或曲轴转角变化的图形。 • 用专门的测量仪器—示功器测量（示功器：测取气缸示功图的仪器） • 由工程力学知，示功图的面积大小代表了柴油机气缸内一个工作循环的指示功的大小。

5. 测取示功图的目的 • 是研究柴油机气缸内工作过程完善程度的重要依据（据此调整柴油机，来提高其经济性、动力性、可靠性）： • 研究缸内燃烧过程和放热规律； • 计算缸内温度； • 评估扫气过程； • 确定最大爆发压力和压缩压力； • 计算柴油机指示功率； • 可作为柴油机动力计算和强度计算的资料；

6. 二、机械示功器的结构和测图原理 • 根据其工作原理不同，示功器可分为三类： • 机械示功器：〔螺旋弹（卷）簧式—适用于低速机、（等强度）柱簧式—适用于中速机 〕 • 气电示功器 • 电子示功器：〔电阻应变式、压电式、电容式、电感式〕示功装置 • 机械示功器的测图原理： • 利用机械位移方法测量缸内压力和活塞位移

7. 1. 结构和工作原理 B 转筒机构 A 压力感受机构 C 记录机构

8. A为压力感受部分： • 感受部分：接受和反映气缸内气体压力变化情况 • 压力感受机构包括小活塞5、活塞杆4及示功弹簧1等，用来感受缸内压力变化并以示功小活塞位移输出

9. 转筒机构： • 包括绳索9、转筒8，用来反映柴油机活塞位移

10. 记录机构： • 包括杠杆3和画笔机构2，具有平行放大作用，画笔的自由端装有笔尖

11. MARKIndicator

13. 当测量示功图时，转筒8上夹有示功纸并通过绳索9由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动，绕其自身轴左右偏转，其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移，即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，反映柴油机活塞的行程。当测量示功图时，转筒8上夹有示功纸并通过绳索9由柴油机曲轴或凸轮轴通过专设的示功器传动机构带动，绕其自身轴左右偏转，其偏转角位移量正比于柴油机活塞位移，即转筒转动的弧长代表按比例缩小的活塞行程的长度，反映柴油机活塞的行程。 • 示功器小活塞5在缸内气体压力推动下在小气缸中上下移动，并被弹簧力所平衡。小活塞的运动通过活塞杆带动记录机构的传动杆和画笔运动，由记录机构反映其位移量，即按一定比例反映柴油机气缸内变化着的气体压力。 • 由于示功器中小活塞的上下移动与柴油机气缸中的气体压力的变化成比例，而转筒的转动也与柴油机活塞行程成比例变化，所以记录笔尖在转筒记录纸上可以给出气缸内气体压力随活塞位移变化的图形，即压力---容积示功图（ｐ-V示功图）

14. 2、示功器小活塞和弹簧的选择 • 为了使机械示功器能在较广泛的压力范围内使用，一般备有三套活塞和一套不同刚度的弹簧。 • 可根据柴油机的最高爆发压力pz值进行选择，以便获得合适的示功图。

15. 为了便于识别，分别在示功气缸凸缘上用钢印注明1/1、1/2、 1/5字样。 在测p-V示功图时均采用1/5小活塞，当测取反映进、排过程的弱弹簧示功图时刚采用1/1小活塞。

16. 示功弹簧用弹簧比例M标记。示功弹簧的弹簧比例单位为mm/MPa，它表示缸内压力每变化lMPa时弹簧的变形量(mm)，弹簧比例越小，弹簧越硬。示功弹簧用弹簧比例M标记。示功弹簧的弹簧比例单位为mm/MPa，它表示缸内压力每变化lMPa时弹簧的变形量(mm)，弹簧比例越小，弹簧越硬。 弹簧比例的选择应根据所选定的小活塞标号和柴油机气缸内的最高爆发压力pz大小来选择 通常，示功弹簧上所标弹簧比例M' 乃对1/1标准活塞而言，如该弹簧用于1/5小活塞，因其面积减小5倍，其所受总压力降低5倍，使其弹簧变形也减小5倍。故其相应的弹簧比例变为M=M'/5。

17. 选择弹簧时应注意使示功图具有合适的高度，就是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度（hmax=pzM，图纸高一般为50mm），选择弹簧时应注意使示功图具有合适的高度，就是使测取的示功图的最大高度接近于示功图纸的高度（hmax=pzM，图纸高一般为50mm）， • 或使示功弹簧的允许最高压力稍高于缸内的最高爆发压力，以保证示功图的精确度。 • 通常测取p-V示功图时弹簧比例与爆压的关系： • 一般测缸内爆压的p-V示功图，用硬弹簧（低弹簧比例）、1／5小活塞； • 测取换气过程的弱弹簧示功图时用软弹簧（高弹簧比例）、1／1小活塞。

18. 3.示功器传动机构 • 作用： • 正确反映柴油机活塞的运动规律 • 将活塞的行程按比例地缩小传给示功器转筒机构 • 要求: (1)柴油机活塞行程缩小后的长度应与转筒的周长相适应，且略小于转筒周长。 (2)转筒的转动必须严格地与柴油机活塞的运动相对应，以便正确反映柴油机活塞运动规律。 • 类型： • 曲柄式、杠杆式、凸轮式 三种传动机构（用于大型低速柴油机）

22. 4.机械示功器的优缺点和适用范围 • 固有缺陷： • 因强度要求—感受缸内压力和反映活塞位移部分具有一定的质量； • 因灵敏度要求—弹簧刚度不能太大，自振频率很低，不适于高速柴油机，只适于低速机和部分中速机（低于400r／min） • 适用范围：大型低速柴油机作随机测试仪表，供监控柴油机运转使用。

23. 5.示功图的测取方法及注意事项 • 使用前应对示功器进行检查和保养 • 当示功器与传动机构之间的距离大于1.5m时，应选用钢丝软绳； • 使柴油机负荷稳定； • 选择适宜的海况和气象条件； • 示功器安装前，先打开示功阀把通路中的积炭及杂质吹净； • 示功器安装后，先在记录纸上画出大气压力； • 测取满意后，应注明日期、缸号、转速、排温、油门格数、弹簧比例；记录气候、风力、风向、潮流、吃水、船速等 • 每缸测取两个，测取5~6个示功图后应拆下示功器进行冷却。 • 测量完毕，对示功器进行彻底清洁和保养。

24. 二、电子示功器 • 组成： • 传感器—测量非电量并按一定比例转换成相应的电量输出 • 测量电路—由压力传感器决定不同的测量电路→放大器 • 记录显示装置—进行观察或打印。 • 按压力传感器不同分类： • 电阻应变式（压电式、电容式、电感式）示功装置

26. 传感器 • 测取缸内的气体压力—传感器：电阻应变式或压电式 • 测取曲轴转角—曲轴转角发生器：磁电式或光电式—需装两个（其一定上止点，其二测量曲轴转角）

27. 系统方框图 电阻应变式压力传感器的结构 被测压力信号 ↓ 应变片的电阻值 应变仪 显示记录装置 电阻应变式压力传感器 1.电阻应变式示功装置 电阻值的变化 ↓ 放大成所需的电压或电流信号

29. 2.压电式示功装置 • 放大微弱信号 • 将传感器的高阻抗 • ↓ • 低阻抗输出 • 系统方框图 前置 放大器 示波器 压电传感器

31. 3.电子示功装置的标定 • 为了得到满意的测量精度，应特别重视上止点位置的确定和对压力传感器的定期标定。电子示功装置的标定包括： • 压力值标定 • 曲轴转角(时间坐标)标定

32. 压力值标定分为： • 静态标定：向测量系统输入稳定的标定压力信号，通过调节电荷放大器或者应变仪的线性度，使其输出的压力信号误差满足精度要求。 • 动态标定：随机标定是对传感器输入已知频率及幅值的压力信号或者通过激波管产生一阶跃压力，记录它的输出或者根据它的输出曲线求出其频率响应特性，以便在使用时根据它的输出响应得到准确的输入压力信号。 • 随机标定：是在测量过程中，对一整套动态压力测量装置进行标定。

33. 曲轴转角标定 • 是指给出具有一定精度的上止点记号和已知频率的时标标记或曲轴转角标识。 • 理论与实践指出，上止点标记明显影响示功图计算的准确度。若上止点有l°CA误差，则示功图计算有±5.5%的误差，因而要求上止点标识误差满足0.2°CA~0.5°CA的要求。 • 对于运转的多缸柴油机确定上止点，一般通过暂时单缸停油法测录。

34. 4.电子示功装置的优缺点及适用范围 • 突出优点是： • 固有频率高，频率特性宽。适用于低、中、高速柴油机使用，测量误差小于1%。 • 电子示功装置灵敏度高，线性好，但它易受外界干扰影响。 • 适用范围： • 电子示功装置既可测取单个循环示功图，又可测取多循环平均示功图。 • 它与计算机组成一套完整的多参数综合测量系统，可实现对柴油机的远距离监测、数字显示及自动控制，完成对柴油机的诊断、趋向预报等监控技术。

35. 固有频率高，频率特性宽 • 即具有良好的高频特性，如电阻应变式的固有频率可达数十千赫，压电石英式可高达数百千赫（频响特性最好）。 • 固有频率如此高的传感器与适当的测试环节匹配可获得良好的频响特性。

36. 易受外界干扰影响 • 对测量电路要求较高，需设补偿装置：如电源电压波动、电磁场干扰、环境温度变化等均影响其工作稳定性

37. 二、示功图的种类和用途 • p-V 示功图 • p-j 展开示功图 • p-V 转角示功图 • 手拉展开示功图 • 纯压缩示功图 • 梳形示功图 • 弱弹簧示功图 小结

38. 根据测量的不同目的和任务，用示功器可测取完整的：根据测量的不同目的和任务，用示功器可测取完整的： • p-V示功图 • p-V转角示功图 • 不发火的纯压缩示功图 • 梳形示功图 • 弱弹簧示功图 • p-j展开示功图 ——可用电子示功器测取 可用机械示功器测取

39. p-V示功图 • p-V 图 • 用来计算柴油机平均指示压力、指示功率； • 调整各缸负荷的均匀性； • 量取最高燃烧压力； • 判断各缸燃烧情况等。

41. p-j展开示功图 • p-j 图—由气电示功器和电子示功器测得 • 用于： • 计算柴油机的指示功率 • 评估燃烧和与扫气过程 • 经过适当计算、整理可算得滞燃期长短 • 压力升高率 • 燃烧放热规律 • 测定发火角 • 测取pz和pC

43. p-V 转角示功图 • p-V 转角示功图 • 调整曲柄式传动机构中的小曲柄使其超前所测气缸的曲柄82°左右，在此情况下可测得p-V 转角示功图。 • 此时，传动机构小活塞的运动速度较大，则可用较快的小活塞运动速度反映较快的压力变化，从而将上死点附近的燃烧曲线在横坐标方向放宽，以利于分析研究柴油机燃烧过程的情况。 • 示功图已经失去原形，不能用于计算柴油机功率，只能用来分析燃烧过程的进行情况 • 在杠杆式和凸轮式传动机构上较难画出转角示功图。

45. 手拉展开示功图 • 用于不能测取转角示功图的柴油机上，为研究燃烧过程和判断发火时刻的早晚 • 配合p-V示功图研究燃烧过程 • 手拉展开示功图

47. 纯压缩示功图 • 纯压缩示功图 • 这种示功图是在停油状态下测取，用以分析气缸压缩情况，及判断传动机构和传动状态的正确与否。 • 为正常的纯压缩示功图。图中压缩过程的曲线上升之后，又从最高压缩压力点C回降下来，膨胀曲线会比压缩曲线稍低一些。

49. 梳形示功图 • 为了检查压缩终点压力pc和最高燃烧压力pz，用手慢慢拉动示功器转筒，可测绘出多条压缩压力线(在该缸单独停油时)或最高燃烧压力线。这种图形好象梳子，所以称为梳形示功图。 • 梳形示功图