[摘要(yào)]介紹了用(yòng)渦街流量(liàng)計 測量柴(chai)油機脈動(dong)進氣時動(dong)态數據采(cai)集及處理(lǐ)方法,研究(jiū)了脈動進(jin)氣對流量(liàng)系統誤差(chà)和修正系(xì)數的影響(xiang)。對在幹擾(rǎo)狀态下得(de)到的數據(ju)以誤差方(fang)法進行了(le)分析及處(chu)理,得到了(le)渦街流量(liang)計的流量(liang)修正系數(shu)與脈動系(xì)數之間的(de)關系。
引言(yán)
　　内燃機的(de)燃油控制(zhi)和廢氣再(zài)循環等系(xi)統都需要(yao)對進氣流(liu)量進行正(zheng)确的測量(liàng),但由于活(huó)塞式内燃(ran)機進氣管(guǎn)内的流動(dong)爲脈動流(liu),測量系統(tong)不可避免(miǎn)地存在氣(qi)流脈動的(de)慣性誤差(chà)以及脈動(dong)壓力的傳(chuán)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(qián),雖然對脈(mo)動流的測(cè)量進行了(le)一些較深(shen)入的研究(jiu)[21,但主要的(de)方法仍然(ran)是在被測(cè)裝置和流(liú)量計之間(jian)放置一個(gè)大容積穩(wěn)壓箱以抑(yi)制氣流的(de)脈動,使之(zhi)在流量計(jì)的安裝部(bù)位能夠形(xing)成較爲穩(wěn)定的流動(dong),這種方法(fǎ)隻适合在(zai)實驗室條(tiao)件下應用(yòng)。對于車用(yong)内燃機來(lai)說,由于空(kong)間限制,不(bu)能安裝大(dà)容量穩壓(yā)箱,隻能進(jin)行直接測(cè)量。但直接(jiē)測量結果(guo)存在較大(da)的誤差,需(xū)要進行修(xiu)正。文獻[3]給(gei)出了 孔闆(pǎn)流量計 和(he) 渦輪流量(liang)計 的修正(zheng)系數,但未(wèi)給出最适(shi)合車用内(nèi)燃機脈動(dong)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(wo)街流量計(jì)測定各種(zhǒng)轉速下柴(chai)油機脈動(dòng)進氣流的(de)流量,用誤(wu)差方法對(dui)測量數據(jù)進行分析(xi)和處理,得(de)到渦街流(liu)量計的修(xiu)正系數。
1脈(mo)動系數一(yī)穩定流和(hé)脈動流的(de)劃分
　　脈動(dong)流強度用(yòng)脈動系數(shu)表示,定義(yi)爲最大流(liu)量Qmax與最小(xiao)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(dòng)流的界限(xian)值。當Ip>0.03時爲(wei)脈動流,流(liu)量的測量(liàng)會産生系(xi)統誤差,要(yào)用适當的(de)修正系數(shù)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(yīn)素有關,沒(méi)有統一的(de)經驗公式(shi),隻能由試(shi)驗得到。
2試(shì)驗設備和(hé)方法
2.1試驗(yàn)設備和儀(yi)器
　　試驗是(shì)在發動機(ji)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(xíng)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(zi)行設計的(de)以80C196KB單片機(ji)爲核心的(de)數據采集(ji)和控制系(xì)統完成數(shù)據采集。另(lìng)外,還設計(jì)安裝了容(rong)積爲1m3帶阻(zǔ)尼管的穩(wen)壓箱51,用于(yu)測量發動(dong)機各轉速(su)時的實際(jì)進氣流量(liàng)Qo。
2.2數據采集(ji)方法
　　在管(guan)道中插入(rù)一個柱狀(zhuang)物,流體流(liu)經柱狀物(wu)時,在柱狀(zhuàng)物兩側産(chǎn)生有規則(ze)的旋渦,稱(cheng)爲卡門渦(wo)街。當管道(dao)雷諾數爲(wèi)2×104~7×106時,卡門渦(wō)街發生頻(pín)率與流速(su)成正比,檢(jian)測頻率就(jiu)可求得流(liu)速,進而計(jì)算.出流量(liàng).

式中ξ----流量(liang)計儀表常(chang)數,m3/次
f----旋渦(wō)頻率,Hz.
　　初步(bu)試驗發現(xian),在脈動強(qiáng)度較大時(shi),與流量計(jì)配套的流(liu)量積算器(qi)顯示的流(liu)量示值波(bō)動很大。分(fèn)析認爲,主(zhu)要原因是(shì)脈動強度(du)較大時,旋(xuan)渦的脫落(luò)變得不規(gui)則,旋渦發(fa)生頻率變(bian)動較大,導(dao)緻流量示(shi)值波動很(hěn)大。若直接(jie)檢測單位(wèi)時間内的(de)旋渦的個(gè)數,則沒有(you)合适的數(shù)據處理方(fāng)法将異常(cháng)的頻率剔(tī)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(chang)周期經适(shi)當處理後(hòu),用求積分(fèn)平均值的(de)方法計算(suan)一段時間(jiān)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(cháng)旋渦周期(qī)減小随機(ji)誤差
　　圖1是(shi)實測的旋(xuan)渦周期。由(yóu)圖1可以發(fa)現,某些旋(xuan)渦周期很(hen)小,若直接(jie)計算流量(liang),将導緻流(liú)量很大,因(yin)此,需要對(duì)很小的旋(xuán)渦周期作(zuò)适當處理(lǐ)。正常情況(kuang)下,相鄰數(shu)據之間的(de)變動應在(zai)一定範圍(wei)之内,超出(chū)正常範圍(wéi)的數據應(yīng)視爲異常(cháng)值。爲此,将(jiāng)采樣數據(ju)相鄰兩點(diǎn)之間的差(chà)值的絕對(dui)值累加,再(zài)對總累加(jiā)值平均後(hòu)得到采樣(yàng)數據兩點(dian)之間的平(píng)均變動值(zhi)△。若兩個采(cai)樣點Ti和Ti+1之(zhi)間變動值(zhí)|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(ti)除異常值(zhi)後,用式(3)依(yī)次計算相(xiàng)同時間間(jian)隔内的平(píng)均流量,結(jie)果顯示平(ping)均流量波(bō)動不大,對(duì)柴油機所(suo)有的工況(kuàng),流量随機(ji)誤差均小(xiǎo)于2%。。這使下(xia)面的系統(tong)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(shu)方法處理(lǐ)異常旋渦(wō)周期後得(dé)到的轉速(sù)爲1000r/min時的平(píng)均流量Qev和(hé)随機誤差(chà)。

3.2系統誤差(cha)與脈動系(xì)數的關系(xì)
　　在不安裝(zhuāng)穩壓箱的(de)情況下,測(ce)量的發動(dong)機各轉速(sù)時的脈動(dong)進氣流量(liàng)稱爲指示(shi)流量。指示(shì)流量的平(píng)均值稱平(píng)均指示流(liú)量,簡稱平(píng)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(jin)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(lü)波。在保持(chi)IP<0.03的條件下(xià),測定發動(dong)機各轉速(su)時的進氣(qi)流量,該穩(wěn)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(wù)差B爲

　　圖3示(shì)出了發動(dong)機各轉速(sù)時的實際(jì)流量和平(píng)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(zai)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(biàn)化,低轉速(su)時脈動強(qiáng)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(sui)脈動強度(dù)變化,脈動(dòng)強度大則(zé)系統誤差(chà)也大。在此(cǐ)要特别指(zhǐ)出的是文(wen)獻[3]中給出(chu)的孔闆流(liu)量計和渦(wō)輪流量計(jì)的系統誤(wù)差均爲正(zheng)值,而渦街(jie)流量計測(cè)量柴油.機(ji)脈動進氣(qi)流時的流(liu)量系統誤(wu)差爲負值(zhi),即平均指(zhǐ)示流量小(xiao)于對應轉(zhuǎn)速時的實(shí)際流量。這(zhe)個結果似(sì)乎是錯誤(wù)的,因爲脈(mò)動使得氣(qì)流流動不(bu)穩定,好像(xiàng)應該産生(sheng)較多的旋(xuán)渦,指示流(liú)量應該變(bian)大。恰恰相(xiang)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(qī)性脈動的(de)作用下，旋(xuan)渦發生體(ti)後剪切層(ceng)中的旋渦(wo)以小的振(zhen)幅不規則(zé)地攝動,攝(she)動使得大(dà)旋渦破碎(sui)變小,同時(shi)伴随着産(chan)生多個小(xiao)旋渦,雖然(ran)旋渦總數(shù)增加,但旋(xuán)渦群從剪(jian)切層中脫(tuō)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(ya)電晶體傳(chuán)感器将檢(jian)測不出該(gāi)旋渦的脫(tuo)落,從而導(dǎo)緻了平均(jun1)指示流量(liàng)小于實際(ji)流量。仔細(xi)地調整流(liú)量計放大(dà)電路中交(jiāo)流電壓放(fang)大器的放(fàng)大倍數和(hé)施密特觸(chù)發器的靈(ling)敏度将有(yǒu)助于減小(xiǎo)流量系統(tǒng)誤差,當然(ran)不能完全(quán)消除。
　　将上(shang)述結果整(zheng)理後重新(xin)畫在圖5中(zhong)。圖中給出(chu).了系統誤(wù)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(jiān)的關系,流(liu)量修:正系(xì)數F,爲

　　根據(jù)流量修正(zheng)系數與脈(mò)動系數之(zhi)間的關系(xi),變速工沉(chén)下的流量(liàng)控制系統(tong)即可根據(ju)實測的脈(mò)動系數得(dé)到相應的(de)流量修正(zhèng)系數,對流(liú)量進行修(xiu)正。
4結論.
(1)采(cǎi)樣系統采(cai)集記錄渦(wō)街流量計(ji)旋渦周期(qi),剔除異常(chang)旋渦周期(qi)後,用求積(jī)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(zhou)期性的脈(mò)動抑制了(le)旋渦的脫(tuō)落,平均指(zhǐ)示流量小(xiao)于對應轉(zhuan)速時的實(shi)際流量,平(ping)均指示流(liú)量應根據(jù)相應的流(liu)量修正系(xi)數進行修(xiu)正。

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

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