[摘要(yao)]介紹了用(yong)渦街流量(liang)計 測量柴(chái)油機脈動(dòng)進氣時動(dong)态數據采(cǎi)集及處理(lǐ)方法,研究(jiu)了脈動進(jin)氣對流量(liàng)系統誤差(cha)和修正系(xi)數的影響(xiǎng)。對在幹擾(rǎo)狀态下得(dé)到的數據(jù)以誤差方(fāng)法進行了(le)分析及處(chu)理,得到了(le)渦街流量(liàng)計的流量(liang)修正系數(shu)與脈動系(xi)數之間的(de)關系。
引言(yan)
　　内燃機的(de)燃油控制(zhi)和廢氣再(zai)循環等系(xi)統都需要(yao)對進氣流(liu)量進行正(zheng)确的測量(liang),但由于活(huo)塞式内燃(ran)機進氣管(guǎn)内的流動(dòng)爲脈動流(liu),測量系統(tong)不可避免(mian)地存在氣(qi)流脈動的(de)慣性誤差(chà)以及脈動(dong)壓力的傳(chuan)輸誤差,因(yīn)此很難正(zhèng)确地測定(ding)出這類裝(zhuang)置的進氣(qi)流量。目前(qian),雖然對脈(mo)動流的測(ce)量進行了(le)一些較深(shen)入的研究(jiū)[21,但主要的(de)方法仍然(ran)是在被測(ce)裝置和流(liú)量計之間(jiān)放置一個(gè)大容積穩(wěn)壓箱以抑(yi)制氣流的(de)脈動,使之(zhī)在流量計(jì)的安裝部(bu)位能夠形(xing)成較爲穩(wen)定的流動(dòng),這種方法(fa)隻适合在(zai)實驗室條(tiáo)件下應用(yong)。對于車用(yòng)内燃機來(lai)說,由于空(kōng)間限制,不(bú)能安裝大(dà)容量穩壓(yā)箱,隻能進(jin)行直接測(ce)量。但直接(jie)測量結果(guo)存在較大(da)的誤差,需(xu)要進行修(xiū)正。文獻[3]給(gěi)出了 孔闆(pan)流量計 和(he) 渦輪流量(liang)計 的修正(zheng)系數,但未(wei)給出最适(shì)合車用内(nei)燃機脈動(dòng)進氣流測(cè)量41的熱線(xian)(熱膜)流量(liang)計和渦街(jie)流量計的(de)修正系數(shù)。本文用渦(wō)街流量計(jì)測定各種(zhǒng)轉速下柴(chai)油機脈動(dong)進氣流的(de)流量,用誤(wu)差方法對(duì)測量數據(ju)進行分析(xi)和處理,得(dé)到渦街流(liú)量計的修(xiu)正系數。
1脈(mo)動系數一(yi)穩定流和(he)脈動流的(de)劃分
　　脈動(dòng)流強度用(yòng)脈動系數(shù)表示,定義(yi)爲最大流(liú)量Qmax與最小(xiǎo)流量Qmin的差(cha)值的一半(bàn)與平均流(liu)量Qew的比值(zhi)，即

　　用Ip=0.03作爲(wèi)劃分穩定(ding)流和脈動(dong)流的界限(xian)值。當Ip>0.03時爲(wèi)脈動流,流(liu)量的測量(liang)會産生系(xi)統誤差,要(yao)用适當的(de)修正系數(shu)進行修正(zheng)。修正系數(shu)與流量計(ji)的類型、脈(mo)動流的強(qiáng)度和波形(xíng)等諸多因(yin)素有關,沒(mei)有統一的(de)經驗公式(shì),隻能由試(shi)驗得到。
2試(shì)驗設備和(he)方法
2.1試驗(yan)設備和儀(yi)器
　　試驗是(shi)在發動機(jī)試驗台架(jià)上進行的(de)。所用柴油(you)機型号爲(wei)6120A,轉速範圍(wéi)爲600~2000r/min,總排量(liang)爲9.5×10-3m3'。采用LUGB型(xing)渦街流量(liàng)計,規格爲(wei)φ=100mm,量程爲100~1000m3/h,精(jing)度爲1%。由自(zì)行設計的(de)以80C196KB單片機(ji)爲核心的(de)數據采集(jí)和控制系(xì)統完成數(shu)據采集。另(lìng)外,還設計(jì)安裝了容(róng)積爲1m3帶阻(zǔ)尼管的穩(wěn)壓箱51,用于(yú)測量發動(dòng)機各轉速(su)時的實際(ji)進氣流量(liang)Qo。
2.2數據采集(ji)方法
　　在管(guǎn)道中插入(rù)一個柱狀(zhuàng)物,流體流(liú)經柱狀物(wu)時,在柱狀(zhuàng)物兩側産(chan)生有規則(ze)的旋渦,稱(chēng)爲卡門渦(wo)街。當管道(dào)雷諾數爲(wei)2×104~7×106時,卡門渦(wō)街發生頻(pín)率與流速(sù)成正比,檢(jiǎn)測頻率就(jiù)可求得流(liú)速,進而計(ji)算.出流量(liang).

式中ξ----流量(liàng)計儀表常(cháng)數,m3/次
f----旋渦(wō)頻率,Hz.
　　初步(bu)試驗發現(xian),在脈動強(qiang)度較大時(shi),與流量計(ji)配套的流(liu)量積算器(qi)顯示的流(liu)量示值波(bō)動很大。分(fen)析認爲,主(zhu)要原因是(shì)脈動強度(dù)較大時,旋(xuán)渦的脫落(luo)變得不規(guī)則,旋渦發(fā)生頻率變(bian)動較大,導(dǎo)緻流量示(shì)值波動很(hěn)大。若直接(jie)檢測單位(wei)時間内的(de)旋渦的個(gè)數,則沒有(yǒu)合适的數(shù)據處理方(fang)法将異常(cháng)的頻率剔(ti)除。因此,試(shi)驗中采集(ji)記錄各個(gè)旋渦的周(zhōu)期Ti,将異常(cháng)周期經适(shi)當處理後(hòu),用求積分(fen)平均值的(de)方法計算(suan)一段時間(jian)内的平均(jun1)流量

式中(zhōng)N一旋渦個(ge)數
3試驗結(jié)果及分析(xi)
3.1剔除異常(chang)旋渦周期(qi)減小随機(jī)誤差
　　圖1是(shi)實測的旋(xuán)渦周期。由(yóu)圖1可以發(fā)現,某些旋(xuán)渦周期很(hen)小,若直接(jiē)計算流量(liang),将導緻流(liu)量很大,因(yīn)此,需要對(duì)很小的旋(xuán)渦周期作(zuo)适當處理(li)。正常情況(kuang)下,相鄰數(shu)據之間的(de)變動應在(zai)一定範圍(wéi)之内,超出(chu)正常範圍(wéi)的數據應(yīng)視爲異常(chang)值。爲此,将(jiāng)采樣數據(jù)相鄰兩點(diǎn)之間的差(cha)值的絕對(duì)值累加,再(zài)對總累加(jia)值平均後(hòu)得到采樣(yang)數據兩點(dian)之間的平(ping)均變動值(zhí)△。若兩個采(cai)樣點Ti和Ti+1之(zhī)間變動值(zhi)|Ti-Ti+1|>ɑ△(ɑ值可根據(ju)信号的具(ju)體情況設(shè)定,本文取(qu)a=3),則認爲Ti+1爲(wei)異常值。剔(tī)除異常值(zhí)後,用式(3)依(yi)次計算相(xiang)同時間間(jian)隔内的平(píng)均流量,結(jie)果顯示平(ping)均流量波(bo)動不大,對(duì)柴油機所(suo)有的工況(kuàng),流量随機(jī)誤差均小(xiao)于2%。。這使下(xia)面的系統(tǒng)誤差分析(xī)和修正系(xì)數計算成(cheng)爲可能。圖(tú)2是按上述(shù)方法處理(lǐ)異常旋渦(wo)周期後得(de)到的轉速(su)爲1000r/min時的平(píng)均流量Qev和(hé)随機誤差(cha)。

3.2系統誤差(cha)與脈動系(xì)數的關系(xi)
　　在不安裝(zhuāng)穩壓箱的(de)情況下,測(cè)量的發動(dong)機各轉速(sù)時的脈動(dòng)進氣流量(liang)稱爲指示(shi)流量。指示(shì)流量的平(ping)均值稱平(ping)均指示流(liu)量,簡稱平(ping)均流量Qe爲(wei)了确定渦(wo)街流量計(jì)測量柴油(you)機脈動進(jìn)氣流量時(shí)的系統誤(wù)差,特别安(ān)裝了大容(róng)積的穩壓(ya)箱,對脈動(dòng)進氣流濾(lǜ)波。在保持(chí)IP<0.03的條件下(xià),測定發動(dòng)機各轉速(sù)時的進氣(qì)流量,該穩(wen)定流條件(jian)下測得的(de)流量稱爲(wei)實際流量(liang)Qo.渦街流量(liàng)計測脈動(dòng)流時的流(liu)量系統誤(wu)差B爲

　　圖3示(shì)出了發動(dòng)機各轉速(sù)時的實際(ji)流量和平(ping)均指示流(liú)量,圖4示出(chū)了發動機(jī)各轉速時(shí)的流量脈(mo)動1系數和(he)系統誤差(chà)。

　　很明顯,在(zài)不安裝穩(wěn)壓箱的情(qing)況下，柴油(yóu)機進氣.的(de)脈動強度(du)随轉速變(bian)化,低轉速(sù)時脈動強(qiang)度大,随着(zhe)轉速的升(sheng)高,脈動強(qiang)度逐漸減(jiǎn)小。流量系(xi)統誤差随(suí)脈動強度(du)變化,脈動(dòng)強度大則(ze)系統誤差(chà)也大。在此(cǐ)要特别指(zhi)出的是文(wén)獻[3]中給出(chu)的孔闆流(liú)量計和渦(wo)輪流量計(ji)的系統誤(wu)差均爲正(zhèng)值,而渦街(jiē)流量計測(ce)量柴油.機(ji)脈動進氣(qi)流時的流(liu)量系統誤(wù)差爲負值(zhi),即平均指(zhi)示流量小(xiao)于對應轉(zhuan)速時的實(shí)際流量。這(zhe)個結果似(si)乎是錯誤(wù)的,因爲脈(mò)動使得氣(qi)流流動不(bu)穩定,好像(xiang)應該産生(shēng)較多的旋(xuan)渦,指示流(liú)量應該變(biàn)大。恰恰相(xiàng)反,真實的(de)情況是周(zhōu)期性的脈(mo)動抑制了(le)旋渦的脫(tuō)落091。在周期(qi)性脈動的(de)作用下，旋(xuán)渦發生體(ti)後剪切層(ceng)中的旋渦(wo)以小的振(zhèn)幅不規則(ze)地攝動,攝(she)動使得大(da)旋渦破碎(sui)變小,同時(shí)伴随着産(chan)生多個小(xiao)旋渦,雖然(ran)旋渦總數(shu)增加,但旋(xuán)渦群從剪(jian)切層中脫(tuo)落出來的(de)強度減弱(ruò)。當旋渦脫(tuō)落強度減(jian)弱到一定(dìng)程度時,壓(yā)電晶體傳(chuán)感器将檢(jian)測不出該(gai)旋渦的脫(tuō)落,從而導(dao)緻了平均(jun)指示流量(liang)小于實際(jì)流量。仔細(xi)地調整流(liú)量計放大(dà)電路中交(jiāo)流電壓放(fàng)大器的放(fang)大倍數和(he)施密特觸(chù)發器的靈(ling)敏度将有(yǒu)助于減小(xiao)流量系統(tǒng)誤差,當然(rán)不能完全(quán)消除。
　　将上(shàng)述結果整(zheng)理後重新(xīn)畫在圖5中(zhong)。圖中給出(chū).了系統誤(wu)差與脈動(dòng)系數之間(jian)的關系,同(tóng)時也給出(chū)了所謂流(liu)量修正系(xi)數與脈動(dòng)系數之間(jian)的關系,流(liú)量修:正系(xi)數F,爲

　　根據(ju)流量修正(zhèng)系數與脈(mò)動系數之(zhi)間的關系(xì),變速工沉(chén)下的流量(liàng)控制系統(tong)即可根據(ju)實測的脈(mo)動系數得(dé)到相應的(de)流量修正(zhèng)系數,對流(liu)量進行修(xiu)正。
4結論.
(1)采(cai)樣系統采(cai)集記錄渦(wo)街流量計(ji)旋渦周期(qi),剔除異常(chang)旋渦周期(qi)後,用求積(ji)分平均值(zhí)的方法計(ji)算得到的(de)平均流量(liang)的随機誤(wù)差小于2%。
(2)周(zhōu)期性的脈(mò)動抑制了(le)旋渦的脫(tuō)落,平均指(zhǐ)示流量小(xiǎo)于對應轉(zhuǎn)速時的實(shí)際流量,平(píng)均指示流(liu)量應根據(jù)相應的流(liú)量修正系(xi)數進行修(xiū)正。

(3)得出了(le)渦街流量(liang)計的流量(liàng)修正系數(shu)與脈動系(xi)數之間的(de)關系。

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