过程装备测试技术第十一章

第11章压缩机运动规律测试同组成员：郑虞诤范周倩丘建敏饶晓玲李伟鸿11.1气阀运动规律的测试11.2压缩机指示图录取11.1气阀运动规律的测试11.1.1概述图11.1是气阀的结构示意，一个典型的气阀组件包含了阀座、阀片、弹簧和升程限制器四个基本元件以及气体通流空间。1——阀座2——阀片3——弹簧4——升程限制器

图11.1气阀结构

气阀运动规律的测试，归结于曲轴转角的检测（曲线的横坐标）和阀片位移量（曲线的纵坐标）的检测两个方面。11.1.2阀片位移的测量阀片的位移一般采用非电量电测技术完成，即先借助各种位移传感器将阀片的位移量变换成电学量、光学量等的变化，再进行测量。由于气阀的结构和安装空间非常紧凑，阀片位移的检测，难点在于传感器的设计和安装。常用的位移传感器主要有电容式位移传感器、磁电式位移传感器、电阻式位移传感器和光电式位移传感器等，有的传感器的输出信号与位移之间呈非线性关系，需要后续的电路进行非线性补偿。1、电容测试法

(1)选择没有弹簧的地方，在升程限制器的具体上加工1mm深的沉槽，在槽内首先沉积0.4mm厚的环氧树脂绝缘层，然后沉积0.1mm厚的导电层并与周围基体绝缘，最后再沉积0.4mm厚的环氧树脂绝缘层。中间的导电层即为电容的固定极板。（2）在阀片上与升程限制器对应位置相对面上沉积0.1mm厚的导电层，并保证不与升程限制器槽内发生碰撞。这就构成电容的动极板。（3）用引线将两个极板引出。上述方法制作的传感器电容可表示为（11—1）式中：A为极板的有效面积，单位是m3；da为空气隙的厚度，单位为m，即阀片的位移，da=0~h；de=0.4mm；为真空的介电常数，单位为F/m，;

为空气的介电常数；为环氧树脂的介电常数；为环氧树脂的相对介电常数，一般=5~6。2、电涡流式传感器法对于阀片由导电材料制成的气阀，可采用涡流式位移传感器测定气阀的运动规律。由于电涡流传感器所转换的电信号非常微弱，很容易被各种噪声干扰信号所淹没，因此，气阀位移信号须经交流电桥转换和高频放大电路处理。电涡流的传感器的测量的电桥3、电感式传感器法当阀片材料为导磁材料时，可利用阀片作为磁路的一部分，制成变气隙电感式位移传感器，该类型的传感器是由在固定的铁心上绕制的线圈、铁心的两个极爪、运动的阀片和线圈的电感L为电感式位移传感器的测量电路与电涡流式的类似。电感法和电涡流法能在高压级小气阀条件下进行测试：传感器制作成本低，寿命长，工作性能稳定。它们的不足之处是输出信号为非线性，但这可以通过静态标定加以校准。所以，电感法和电涡流法测试阀片运动规律应用最广泛。4、电阻法对于簧片法和使用波状弹簧的网状阀，可采用电阻应变片的运动规律5、光电法光电法是利用光电效应建立阀片位移与输出电信号之间的关系。具体形式有：光电池法和光纤反射法11.1.3测试中的其他问题1.安装与密封除了每种测试方法有不同的安装方法之外，还需要强调的是：传感器及支架必须牢固的安装在阀座上：引出线在阀腔中最好能固定，以减少被脉动气流吹动。无论测试对象是吸气阀还是排气阀，阀腔内的部分应耐高温，引线从阀腔引出时必须有密封和绝缘措施。2.位移传感器的静态标定上述测量阀片位移的传感器多数是非线性的，由它输出的信号并不能直观地反映出阀片的位移。静态标定的目的是得出传感器的阀片位移δ与检测仪输出电压U之间的关系曲线。3.曲轴转角信号的测录在绘制气阀运动规律的曲线时，需要同步测定所采集的阀片位移每一个数据所对应的曲轴转角，作为曲线的横坐标。侧曲轴转角的方法有：活塞止点法和转角传感器。11.2压缩机指示图的录取

11.2.1概述活塞压缩机实际工作循环的指示图，反映压缩机在一个工作循环中活塞在每一个位置时气缸气体压力变化的曲线，如右图。活塞压缩机的指示图实际的指示图曲线有以下几种：(1)p-V图（压力-容积图），它反映气缸内压力和气缸容积间的关系；（2）p-s图（压力-行程图），它反映气缸内压力和活塞行程间的关系。（3）p-θ图（压力-转角图），它反映气缸内压力和曲轴转角间的关系。根据录取的指示图，人们可对压缩机的工作过程作一系列的分析计算。指示图的测录仪器称为指示器。先后出现机械式、气电式和电子式指示器。电子式指示器才用非电量电测法获得各种信号，便于计算机处理。电子式指示器通过曲轴转角传感器和止点信号发生器，获得曲轴的角坐标信息以及转速。电子式指示器利用压力传感器检测曲轴转角对应的气缸内的瞬时压力。对压力传感器的要求是动态响应特性好，可供指示器利用的传感器类型，目前主要有11.2.2压电式指示器压电式指示器有压电式传感器、电荷放大器、曲轴转角传感器和数据采集系统组成。

1、对测量电路的要求压电传感器属“能量型”传感器，当它一轴受拉、压力作用时，在另外产生电荷，可简化为由电源U压电晶体寄生电容和C串联成的等效电路，压电式传感器的测量电路必须是一只输入阻抗的放大器.2、电荷放大器电路有电荷放大级、低通滤波器、输出放大以及过载指示和稳压电源等部分组成。

3、气缸压力的取样气缸压力的取样或压力传感器的安装部位，有气缸体和阀座上可供选择阀座是较理想的安装位置，其优点是有利于提高测试精度，不足之处是传感器的标定不方便。11.2..3指示图的整理计算

1、止点位置的修正由传感器和数据采集系统直接得到的指示图必须经过止点位置修正才能进行下一步分析。修正的方法：在手工确定的外止点位置附近对压力信号做微分计算，压力变化率出现突跳的时刻所对应的曲轴转角度才是真正的外止点。根据真假外止点的差在每个压力值对应的原来曲轴角度上增加一个修正量，就得到了。

2、将开式指示图转换为闭式指示图一般应将p-θ图的横坐标θ换算成活塞形成s，等到闭式指示图p-s，然后再进一步换算成习惯采用的闭式p-V图。规定活塞在外止点时θ=0，s=0，气缸容积为余隙容积，即V=V0.式中：r为曲轴回转半径；λ为曲轴回转半径与连杆中心距之比；Vh为活塞行程扫过的容积；Ap为气缸截面积；D为气缸直径。所有指示