Warunki wykonywania pomiarów i właściwości pomiaru ciśnienia
- zakres mierzonych ciśnień jest bardzo szeroki i waha się od podciśnienia w czasie suwu napełnienia do ciśnienia rzędu 10 MPa podczas spalania.
- wysokie częstotliwość zmian ciśnienia (do 20 kHz),
- drgania akustyczne,
- możliwość powstania drgań ładunku w kanale łączącym czujnik ciśnienia z przestrzenią komory spalania,
- wysokie i zmienne temperatury i obciążenia mechaniczne czujnika,
- obecność zanieczyszczeń (nagar, sadza)
Właściwości czujników ciśnienia:
- podwyższona sztywność konstrukcji pozwalająca na dokonywanie pomiarów z niewielkimi odkształceniami mechanicznymi i przy wysokich częstotliwościach,
- niewielkie tłumienie sygnału, niepowodujące przesunięć fazowych i zniekształceń
- niski poziom szumów generowanych w układzie, umożliwiający pomiar niewielkich zmian ciśnienia nawet przy dużych amplitudach sygnału,
- częstotliwość drgań własnych czujnika w zakresie od 60 do 100kHz, pozwalająca na poprawną rejestracje sygnałów o częstotliwości do 10 kHz,
- odporność na zakłócenia zewnętrzne ( zwłaszcza pole elektromagnetyczne) i zanieczyszczenia,
- niewrażliwość na starzenie i zmiany charakterystyki czujnika wraz z upływem czasu, brak histerezy,
- małe rozmiary, trwałość i niezawodność
Indykatory mechaniczne stosowane były do badań silników wolno- i średnioobrotowych. Składały się z cylinderka i współpracującego z nim tłoczka, na który działa ciśnienie przepuszczane z cylindra silnika przez zawór odcinający. Ruch tłoczka ściskającego sprężynę śrubową powoduje ruch ramienia zakończonego rysikiem przesuwającym się po papierze woskowym umieszczonym na obrotowym walcu. Obrót walca jest wywołany za pomocą linki od wału korbowego. W ten sposób tworzony może być zamknięty wykres zależności ciśnienia od przemieszczenia tłoka.
Indykatory optyczne wyposażone są w lusterko, którego odchylenie jest wywołane ruchem membrany poddanej działaniu ciśnienia z cylindra silnika. Odbity przez lusterko promień świetlny, podając na błonę fotograficzną lub papier światłoczuły, zostaje ustalony jako odwzorowanie zmian ciśnienia pod membraną
Indykatory elektryczne wykorzystują zasadę wytwarzania sygnału elektrycznego proporcjonalnego do ciśnienia działającego na element wykonawczy przetwornika ciśnienia. Sygnał ten jest poddaany wzmocnieniu, a następnie przesyłany do urządzenia rejestrującego. Układy indykatorów elektronicznych cechują się dużą czułością, szerokim pasem przenoszenia częstotliwości, możliwością dokonywania pomiarów z dużej odległości, a także możliwością zminiaturyzowania przetwornika ciśnienia. Spełniają wymagania dotyczące dokładności, powtarzalności i uniwersalności pomiarów. Są powszechnie stosowane w praktyce badań silnikowych.
Parametry przetwornika:
- czułość określająca wielkość sygnału elektrycznego przypadającą na jednostkę zmiany mierzonego ciśnienia,
- liniowość wskazań określająca dopuszczalne odchylenia od linii charakterystyki czujnika w zależności od wartości mierzonego ciśnienia lub zakresu pomiarowego,
- zakres pomiarowy określający minimalne i maksymalne wartości mierzone,
- dopuszczalne warunki pracy określające maksymalne parametry otaczającego ośrodka, w których przetwornik może pracować z zakładaną dokładnością,
- pasmo przenoszenia określające wartość minimalnej i maksymalnej częstotliwości sygnału mierzonego, dla którego pomiar odbywa się z zakładana dokładnością
Przetworniki ciśnieniowe:
- przetworniki parametryczne (bierne), w których pod wpływem zmiany ciśnienia następuje zmiana sygnału elektrycznego dostarczanego do czujnika przez układu zasilający,
- przetworniki generacyjne (aktywne) , w których sygnał pomiarowy zostaje wytworzony w przetworniku w wyniku działania mierzonego ciśnienia
Rodzaje przetworników:
- przetworniki pojemnościowe - w wyniku nacisku nacisku ciśnienia następuje zmiana odległości pomiędzy dwiema powierzchniami stanowiącymi okładziny kondensatora i związana z tym zmiana jego pojemności
- przetworniki indukcyjne – wykorzystują zasadę zmiany indukcyjności cewki elektromagnetycznej, w którym rdzeń przemieszcza się pod działaniem siły pochodzącej z mierzonego ciśnienia
- przetworniki oporowe – wykorzystywane jako czujniki tensometryczne, w których zmiana długości elementu pomiarowego powoduje zmianę jego oporu elektrycznego. Wadą czujników tego typu jest wrażliwość na zmiany temperatury, drgania silnika oraz zmianę wskazań pod wpływem długotrwałych obciążeń.
Czujniki piezoelektryczne wykorzystują w swoim działaniu zjawisko pizoelektryczności. Wstępuje ono w ośrodkach dielektrycznym o określonej strukturze krystalograficznej. Mechaniczna deformacja płytki kryształu powoduje powstanie ładunku elektrycznego na jej ścianach. Ładunek ten doprowadzony zostaje przewodami do wzmacniacza ładunku, a następnie dalej do rejestratora i pozwala na ocenę siły działającej na powierzchnię płytki. Wytworzony na płytce ładunek elektryczny jest wprost proporcjonalny do działającej siły.
Elementy toru pomiarowego:
- piezokwarcowy czujnik ciśnienia,
- przewody przesyłowe,
- wzmacniacze ładunku,
- czujnik położenia wału korbowego,
- przetwornik analogowo – cyfrowy
- jednostka przetwarzania i gromadzenia danych
Wykresy indykatorowe określają:
- wartości ciśnień w cylindrze przy określonych położeniach wału korbowego,
- ciśnienia maksymalnego pz i kąta jego wystąpienia,
- ciśnienia sprężania,
- prędkość narastania ciśnienia dp/dα,
- kąta opóźnienia zapłonu
- kąta otwarcia i zamknięcia zaworów,
- przebiegu spalania,
- różnic średnich ciśnień wylotu i napełnienia
- nieprawidłowość przebiegu wymiany ładunku,
- nieprawidłowość przebiegu spalania,
- średniego ciśnienia obiegu pracy,
- stopnia niepowtarzalności kolejnych obiegów pracy,
- sprawności indykowanej i mechanicznej,
- wydzielanego ciepła, energii wewnętrznej , prędkości wydzielania ciepła
madziula0001