氣門溫度的測量方法

1、內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷與熱強(qiáng)度讀書報(bào)告氣門溫度的測量方法學(xué) 校： 江蘇大學(xué) 學(xué) 院： 汽車與交通工程學(xué)院 班 級： 動力機(jī)械 0802 學(xué) 號： 3080404049 姓 名： 劉通 指導(dǎo)教師： 孫平 目錄摘要關(guān)鍵詞1.引言2.氣門3.氣門溫度測量方法3.1硬度塞法 3.1.1硬度塞對材料的要求3.1.2硬度塞的加工3.1.3材料的淬火處理3.1.4材料的回火處理3.1.5硬度塞的安裝及使用注意事項(xiàng)3.1.6精度問題3.1.7排氣門溫度分布規(guī)律3.1.8實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)路線3.1.9 小結(jié)3.2熱電偶法3.2.1 熱電偶工作原理3.2.2熱電偶的特點(diǎn)3.2.3熱電偶的標(biāo)定3.2.4測量方法3.2.5測量中

2、的誤差問題4.結(jié)論5.讀書感想6.參考文獻(xiàn)氣門溫度的測量方法摘要?dú)忾T是內(nèi)燃機(jī)完成工作循環(huán),實(shí)現(xiàn)換氣和密封功能的零件。在形成密閉燃燒室空間的零件中,它是承受熱負(fù)荷最高的零件之一。本文通過查閱資料主要闡述了硬度塞測溫法和熱電偶測溫法的原理、硬度塞的加工和標(biāo)定;分析測量溫度的精度問題及在安裝和操作時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。關(guān)鍵詞氣門 實(shí)驗(yàn)測量 硬度塞 熱電偶 溫度Abstract: Value is a part of internal combustion engine which can complete the work cycle and achieve the ventilation and sea

3、ling function. The authors discussed about the measurement precision and some items that should be noticed while installing and operating by checking some books.Key worlds: Value measurement test the hardness plug thermocouple temperature1.引言柴油機(jī)氣門在發(fā)動機(jī)中處于高溫、腐蝕性的介質(zhì)中，在工作中不僅承受著高頻沖擊,交變的拉壓及熱應(yīng)力的作用，還承受著高溫腐蝕

4、和高速燃?xì)獾臎_刷。在此惡劣的工作環(huán)境下，氣門容易產(chǎn)生漏氣、異常磨損、氣門菌部損壞等。特別是在使用低質(zhì)油的柴油機(jī)上，還受釩的侵襲，因而引起排氣門的故障。造成個(gè)別氣門發(fā)生失效，輕者需修理,重者要更換整機(jī)，不僅嚴(yán)重的損害了用戶的利益，也給制造廠帶來經(jīng)濟(jì)和信譽(yù)上的損失。因此，了解排氣門的溫度,是提高發(fā)動機(jī)可靠性的重要因素。在氣門熱負(fù)荷的研究中，通過對氣門的溫度測量，考察溫度是否在所使用材料性能的容許范圍內(nèi)，為氣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論依據(jù)，使氣門工作時(shí)達(dá)到最佳使用狀態(tài)；同時(shí)通過了解氣門的熱均勻程度，進(jìn)一步來確定其可靠性和壽命，并且也將為熱負(fù)荷的改善指出途徑或找出解決的方法，對精確設(shè)計(jì)提供保障。2.氣門

5、氣門是發(fā)動機(jī)的重要部件，分為進(jìn)氣門和排氣門。在傳統(tǒng)的柴油機(jī)中，一般每缸只有一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門。這種發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)制造簡單，維修方便，低速性能好，但是功率很難提高，性能較弱。為了提高進(jìn)排氣效率，現(xiàn)在多采用多氣門技術(shù)，常見的是布置有四個(gè)氣門，即兩個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門，進(jìn)氣門直徑略大于排氣門，這樣為了保重混合氣體的充分進(jìn)入。進(jìn)氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻剛、鉻鉬鋼和鎳鎘鋼等等。排氣門多采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼，硅鉻鉬鋼等。3.氣門溫度的測量方法氣門溫度的測量，最簡單的方法就是采用硬度塞法和易容塞法，但是平時(shí)采用的較多的是熱電偶法測量，因此本文著重介紹易容塞法和熱電偶法。3.1硬度塞法如上文所

6、述，在實(shí)際工作中硬度塞測溫發(fā)是測量發(fā)動機(jī)氣門溫度場比較簡單實(shí)用的方法之一。所謂硬度塞法，就是利用金屬的硬度變化來測量溫度的方法，即利用某些淬火后的金屬材料在受熱后會產(chǎn)生永久性的硬度變化來測量溫度的方法。3.1.1硬度塞對材料的要求 硬度塞法測溫精度與材料的性能有著密切的關(guān)系,因此,對硬度塞材料有如下要求:1)材料必須有良好的淬透性,材料的金相顯微組織和化學(xué)成分必須均勻。2)材料淬火后的硬度要高,一般Rc65,同時(shí)淬火后硬度要長期保持均勻和穩(wěn)定,不允許有軟點(diǎn)和硬點(diǎn)出現(xiàn)。3)材料的回火溫度和硬度變化最好成直線關(guān)系或近似線形關(guān)系,同時(shí)要求材料在同一回火溫度下硬度值十分穩(wěn)定。要冶煉一種同時(shí)能滿足上述要

7、求的材料尚存在一定的困難。目前一般選用性能接近上述要求的碳素鋼作為硬度塞材料。通過各種材料進(jìn)行的分析對比,選用GCr6。3.1.2硬度塞的加工為使用方便,硬度塞按標(biāo)準(zhǔn)件平端緊定螺釘(GB73266)的形狀進(jìn)行加工。使用證明,尺寸選用M3×0.5 mm×4.0 mm是合適的。螺釘?shù)募庸すに囀菍?的GCr15鋼絲拉成標(biāo)準(zhǔn)直徑=2.63+0.01 mm,螺紋用搓絲板搓成。平端緊定螺釘為(GB73266)M3×0.5 mm×4.0 mm。3.1.3材料的淬火處理淬火處理:硬度塞的淬火處理是在自備的氣體保護(hù)電爐中進(jìn)行。電子保護(hù)爐中的溫度控制在為840±5

8、,每籃裝50只硬度塞,在爐中840下保溫30 min。并且在氣體保護(hù)情況下防止氧化脫碳,然后再迅速投入溫度為50的機(jī)油中冷卻;油冷后取出放置在空氣中冷卻。我們對淬火后硬度塞均進(jìn)行檢查,維氏硬度均在945980范圍內(nèi)。滿足HRC65的要求。硬度塞HV2T標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：當(dāng)回火溫度低于100時(shí),材料硬度變化極小,難于測準(zhǔn)。同時(shí)活塞各點(diǎn)溫度高于100,故可避開這一低溫區(qū)域。回火試驗(yàn)從100開始,每隔50一次,一直到650?；鼗饡r(shí),每次將5只硬度塞放在鋼絲籃里,掛在油浴爐或鹽浴爐的回火劑里,進(jìn)行恒溫回火。取出后將其斷面拋光,用光學(xué)維氏硬度計(jì)打出各組硬度塞的硬度,并其平均值。以維氏硬度值為縱坐標(biāo),回火溫

9、度為橫坐標(biāo),作出標(biāo)準(zhǔn)曲線：GCr6回火后硬度與回火溫度的關(guān)系3.1.4材料的回火處理材料在回火處理時(shí)分成3個(gè)區(qū)域,并在不同的設(shè)備中進(jìn)行。1) 100250的回火是在油浴爐中進(jìn)行。如圖所示,該油浴爐采用人工攪拌,以水銀溫度計(jì)(0300,每刻度為2)和電接點(diǎn)溫度計(jì)測量控制溫度,燒杯內(nèi)液體溫度波動不大于±2為準(zhǔn),記錄下油浴溫度值。油浴介質(zhì)的選擇與所需工作溫度相適應(yīng)。這里選用10號機(jī)油。回火裝置示意圖2) 300500的回火在坩堝電爐中進(jìn)行。采用50%NaNO3+50%NaNO2作為回火介質(zhì),介質(zhì)的熔點(diǎn)為208,工作溫度為600。3) 550700的回火在坩堝電爐中進(jìn)行。采用21%NaCl+

10、31BaCl2+48%CaCl2作為回火介質(zhì),介質(zhì)的熔點(diǎn)435,工作溫度為480780。為了提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的精確性,采用614-B型交流穩(wěn)壓器,并用人工調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器,使?fàn)t溫波動控制在±2內(nèi)。考慮到爐膛內(nèi)鹽浴溫度不均勻所帶來的不良影響,坩堝電爐內(nèi)鹽浴液采用人工攪拌。考慮到爐膛內(nèi)鹽浴溫度不均勻,因此將電解點(diǎn)水銀溫度計(jì)、K裝熱電偶、硬度塞一同放在鋼絲網(wǎng)藍(lán)內(nèi),三者處于同一位置。這樣即可大致避免因爐溫不均所帶來的不良影響。3.1.5硬度塞的安裝及使用注意事項(xiàng)1)在測溫部位用2.5 mm的鉆頭鉆孔,其深度控制在55.5 mm,太深即降低被測零件的強(qiáng)度,會影響熱流的傳遞;太淺會使硬度塞尾部露出被測

11、零件的表面,即影響測量精度也容易脫落。2)被測零件攻絲時(shí),應(yīng)將絲錐的錐尖磨平,盡量使螺孔的底部平整,防止存在氣囊而產(chǎn)生誤差,為了消除傳熱中因螺紋間隙造成的誤差,要求硬度塞與螺孔有較緊配合,為此均采用手工絲錐攻孔。3)硬度塞擰入測點(diǎn)孔后,要求硬度塞頂平面與被測平面相平齊。被測件是鋼件時(shí),由于膨脹系數(shù)基本一致,硬度塞不會飛掉;而被測件是鋁合金件時(shí),硬度塞就應(yīng)被鉚一下,防止運(yùn)行時(shí)脫落,切忌鉚得太緊,否則硬度塞很難取出來。4)測溫時(shí)發(fā)動機(jī)的工況必須按照從低負(fù)荷向高負(fù)荷方向過渡,達(dá)到待測工況后,穩(wěn)定運(yùn)行2h,停車檢測硬度。一旦超過待測工況的負(fù)荷時(shí),測得的硬度值便不是待測工況下的硬度。5)在測點(diǎn)較多時(shí),在

12、硬度塞擰入被測部位之前需編號,拆下時(shí)應(yīng)逐一裝入相應(yīng)編號的紙袋中,且莫弄錯(cuò)。6)測定硬度通常須在每一硬度塞尾部端面打5點(diǎn)硬度,取其平均值。為減少誤差應(yīng)指定專人測量7)為防止硬度塞端面在高溫燃?xì)獾臍夥障卵趸撎?安裝前將硬度塞用硫酸清洗,而后用NaOH中和,再用蒸餾水清洗,最后將硬度塞投放到CuSO4溶液中浸泡10 min。3.1.6精度問題1)材料的材質(zhì)不均勻及回火溫度波動都會對HV-t曲線產(chǎn)生誤差,而且很難估計(jì)更無法計(jì)算。但在實(shí)際工作中應(yīng)采用同一批材料,溫度控制在±2之內(nèi),我們先后作了5次曲線,雖不完全重復(fù)但誤差也不超過2%。實(shí)踐證明在使用維氏硬度計(jì)打硬度時(shí),人的視覺產(chǎn)生誤差較大,因

13、此應(yīng)以專人來打硬度。2)對比試驗(yàn):我們在恒溫爐中進(jìn)行鉑銠熱電偶和硬度塞的對比試驗(yàn),溫度控制以水銀溫度計(jì)為準(zhǔn)。(1)當(dāng)恒溫爐溫度為310±2時(shí),鉑銠熱電偶為310,而硬度塞為307.5。(2)當(dāng)恒溫爐溫度為350±2時(shí),鉑銠熱電偶為350,而硬度塞為352。3.1.7排氣門溫度分布規(guī)律常排氣門的溫度分布規(guī)律見圖。最高溫度是排氣門的中心A處,直接與高溫排氣接觸,其次是氣門桿C處及氣門的菌部與氣門座接觸的B處。1)最高溫度在氣門頭中心,這是高溫燃?xì)馑鹪跉忾T頭中心的熱集中。2)在氣門頭和氣門桿過渡的頸部,沿過渡區(qū)溫度先是逐步升高,然后再降低,這是由于高速廢氣沖刷氣門桿的結(jié)果,其

14、最高溫度約位于圓弧半徑的中點(diǎn)處。3)排氣門的溫度分布是不對稱的,靠近汽缸套側(cè)的溫度低,靠近噴油嘴側(cè)的溫度高,二者之間的溫度差和熱負(fù)荷的高低與設(shè)計(jì)及發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)因有關(guān)。4)排氣門所受到的熱量是從兩方面走的,位于氣門頭和氣門桿過渡頸部的中點(diǎn)以上的熱量全由氣門桿經(jīng)導(dǎo)管傳走,位于過渡頸部的中點(diǎn)以下部分熱量經(jīng)由氣門錐面和氣門座傳走,氣門錐面是時(shí)而和氣體接觸,時(shí)而和氣門座接觸,在自由氣階段中,排氣門受到從氣缸中流出并具有超臨界速度的氣流沖刷,這時(shí)氣門所受到的熱量只能通過氣門桿散出,而不通過氣門錐面散熱。在大缸徑柴油機(jī)上,排氣門的熱量大部分是從氣門錐面上傳走的。 氣門溫度分布 氣門工作熱循環(huán)3.1.8實(shí)驗(yàn)方法

15、與技術(shù)路線硬度塞測溫的簡要過程是將淬火后的硬度塞(通常為M320.524)擰入被測量點(diǎn)處,在實(shí)際工況下至少穩(wěn)定受熱2 h,然后經(jīng)拋光,用光學(xué)維氏硬度計(jì)打出準(zhǔn)確的硬度值,在事先作出的HV2T標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)的溫度,即為被測量點(diǎn)的溫度值。在柴油機(jī)氣門的溫度測量中,首先把氣門從柴油機(jī)中拆卸下來,在預(yù)先安排好的部位用2.5 mm鉆頭鉆孔,孔深為5.05.5 mm,把硬度塞擰入被測量點(diǎn)處;然后裝機(jī)還原,分別在100%,110%額定負(fù)荷下至少穩(wěn)定受熱2 h;再停機(jī)把氣門從柴油機(jī)中拆卸下來,取出硬度塞,拋光,用光學(xué)維氏硬度計(jì)打出準(zhǔn)確的硬度值,再在事先作出的HV2T標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)的溫度,即為被測量點(diǎn)的溫

16、度值。硬度塞在氣門上的具體測點(diǎn)布置見圖。氣門測點(diǎn)分布圖3.1.9 小結(jié)應(yīng)用硬度塞法測量發(fā)動機(jī)溫度場是一種方便實(shí)用的方法,硬度塞加工容易、安裝簡便、成本較低。硬度塞可在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)多點(diǎn)布置,安全可靠;具有一定的測量精度,能滿足測溫的要求。3.2熱電偶法3.2.1 熱電偶工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱點(diǎn)偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀

17、表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。3.2.2熱電偶的特點(diǎn)1）裝配簡單，更換方便；2）壓簧式感溫元件，抗震性能好；3）測量范圍大（2001300,特殊情況下2702800）；4）機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；5）耐高溫可達(dá)2800度。3.2.3熱電偶的標(biāo)定熱電偶確定熱電極材料后，熱電勢僅與兩接點(diǎn)溫差有關(guān)。若參考端溫度恒定，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢僅隨測量端的溫度變化而變化。若參考端恒定為0時(shí)，則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢值，即為直接反映被測物表面實(shí)際溫度對應(yīng)的熱電勢。因此，定標(biāo)時(shí)，是把熱電偶測量端放人裝標(biāo)準(zhǔn)變壓器油的保溫瓶中(圖中未示出)，熱電偶參考端置于有冰水混合的保溫瓶中。隨著測量端油溫的增加或減少，電位計(jì)的熱電

18、勢值也在增加或減少。每個(gè)熱電偶便可獲得一定標(biāo)曲線或熱電勢系數(shù)。這樣，便標(biāo)定了各個(gè)熱電偶在多少溫度時(shí)相當(dāng)多少熱電勢。這種溫度的熱電勢的大小，決定于組成熱電偶的材料和兩接合點(diǎn)溫差的大小。一般在溫差不大的范圍內(nèi)，熱電勢正比于被測溫度，即：Vi(Ti，T。)=Q(Ti一T。)式中：vi第i測點(diǎn)熱電偶的熱電勢; Qi第i測點(diǎn)定標(biāo)熱電偶電勢系數(shù);Ti第i測溫點(diǎn)實(shí)際溫度值; T。參考點(diǎn)溫度，即0冰水混合物。定標(biāo)時(shí)，由已知T。=0()，確定Qi熱電勢系數(shù)，據(jù)測溫時(shí)獲得的Vi值，由公式可計(jì)算出實(shí)際被測物表面的溫度Ti。熱電偶的標(biāo)定示意圖3.2.4測量方法用熱電偶測量的缺點(diǎn)是在氣門上能夠安裝的測點(diǎn)不多，因?yàn)槿繜?/p>

19、電偶線都必須經(jīng)過直徑較細(xì)的氣門桿引出，盡管如此，目前熱電偶方法用的還是比較多，這是考慮到雖然測量點(diǎn)數(shù)較少，但是可以得到更多的數(shù)據(jù)。雖然氣門上下往復(fù)運(yùn)動，但是由于氣門升程不大，熱電偶線和測量儀表直接連接并不太困難，通?？偸遣捎弥苯右€法，下圖表示一種直接引線法，安裝在氣門測量表面的熱電偶，其偶線從氣門桿中心孔通過彈簧座鎖片下的氣門桿孔中引出并沿著搖臂引申至擺動支點(diǎn)而接出。為了使導(dǎo)線不易折斷，可將熱偶導(dǎo)線繞成螺線形，為了防止氣門轉(zhuǎn)動，在彈簧座上用一制動銷，固定彈簧座。氣門彈簧兩端彎成直角，上端插入彈簧座邊緣的銑槽中，下端插入缸蓋平面的小孔。熱電偶引線接法3.2.5測量中的誤差問題用熱電偶測量零件溫

20、度時(shí)會產(chǎn)生如下幾個(gè)方面的誤差：1).熱電偶以及連接導(dǎo)線之間的回路誤差； 如前所述，在熱電偶回路中間連接導(dǎo)線，接觸點(diǎn)的材料和熱電偶的熱電勢不同，會在測量回路中產(chǎn)生附加電勢而產(chǎn)生測量誤差，為盡量消除這種附加電勢，應(yīng)采取如下措施：（1）接入回路的中間連接導(dǎo)線必須和熱電偶的熱電勢相同，如果二者熱電勢不相同，如果通常用銅導(dǎo)線連接時(shí)，應(yīng)保持連接點(diǎn)溫度想同，通常把連接點(diǎn)放在冰水混合物中。（2）在接觸法測量溫度過程中，觸點(diǎn)材料必須和熱電偶材料相同，或者二者之間的熱電勢想同。（3）觸點(diǎn)和熱電偶之間的連接不宜采用錫焊，這樣避免了第三種材料介入熱電偶回路，以消除附加電動勢。2).熱接點(diǎn)的安裝誤差； 熱接點(diǎn)安裝深度越

21、深，測量的溫度差值越大，安裝深度相同，零件材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，零件的熱負(fù)荷越大，測量的溫度差值也越大。3).接觸法測量系統(tǒng)中的誤差；（1）用示波器做檢流計(jì)時(shí)的測量誤差 采用示波器做檢流計(jì)時(shí)，從理論上講可以做到和常接法具有同樣的精度，實(shí)際上由于測量時(shí)干擾電平的影響，以及調(diào)節(jié)平衡時(shí)對波形消失時(shí)判斷的視覺誤差，因而不可能達(dá)到和常接法具有同樣的精度，這個(gè)誤差數(shù)值是無法進(jìn)行修正的。（2）采用電容積累器的測量誤差采用電容積累器時(shí)，有電容器上電壓積累和熱電勢的差值以及電容器漏電所引起的誤差，前者引起的誤差理論上大致可以確定，而后者是無法通過計(jì)算確定的，但可以從模擬實(shí)驗(yàn)臺上得出，在選擇漏電小的鉭電容時(shí)，用電容積累器測量總的誤差和常接法比較課控制在1%范圍內(nèi)。4).油膜引起的誤差和實(shí)驗(yàn)誤差等。在接觸法溫度測量中，由于觸點(diǎn)在曲