第10次課第六章壓力測(cè)量

1、熱能與動(dòng)力機(jī)械測(cè)試技術(shù)天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室State Key Laboratory of Engines, Tianjin University壓力測(cè)量概述；壓力測(cè)量概述；常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器；常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器；氣流壓力測(cè)量；氣流壓力測(cè)量；測(cè)壓儀表的標(biāo)定；測(cè)壓儀表的標(biāo)定；壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定；壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定；內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。本章主要內(nèi)容學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求： 要求掌握流體穩(wěn)態(tài)壓力測(cè)量的基本原理、穩(wěn)態(tài)壓力傳感器的形式及構(gòu)成，測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及解決方法。 動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量傳感器的原理、基本結(jié)構(gòu)。示功圖測(cè)量裝置以及誤差分析。 第六章 壓

2、力測(cè)量壓力測(cè)量State Key Laboratory of Engines, Tianjin University上次課內(nèi)容回顧一、壓力測(cè)量概述一、壓力測(cè)量概述基本概念：基本概念：絕對(duì)壓力、表壓力、真空度壓力單位：壓力單位：pa、Mpa、mmH2O、mmHg、公斤力壓力測(cè)量方法：壓力測(cè)量方法：重力、彈性力、物理性質(zhì)二、常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器二、常規(guī)測(cè)壓儀表和傳感器液柱式測(cè)壓儀表：液柱式測(cè)壓儀表：U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、斜管微壓計(jì)彈性測(cè)量?jī)x表：彈性測(cè)量?jī)x表：彈簧管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)、波紋管式差壓計(jì)最高壓力表：最高壓力表：機(jī)械式最高壓力表、氣電式最高壓力表典型測(cè)壓傳感器：典型測(cè)壓傳感器：石英晶體

3、壓電傳感器、電容式差壓傳感器、其他壓力傳感器State Key Laboratory of Engines, Tianjin University三、氣流壓力的測(cè)量三、氣流壓力的測(cè)量氣流總壓測(cè)量氣流總壓測(cè)量 單點(diǎn)單點(diǎn)L形總壓管形總壓管 圓柱形總壓管圓柱形總壓管 帶導(dǎo)流套的總壓管帶導(dǎo)流套的總壓管 多點(diǎn)總壓管多點(diǎn)總壓管：多點(diǎn)梳妝總壓管、耙狀總壓管 邊界層總壓管邊界層總壓管氣流靜壓的測(cè)量氣流靜壓的測(cè)量 壁面靜壓孔壁面靜壓孔 靜壓管靜壓管: :L形靜壓管、圓盤形靜壓管、帶導(dǎo)流管的靜壓管*212ppconstState Key Laboratory of Engines, Tianjin Univers

4、ity今天講課內(nèi)容四、內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量四、內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量概述概述內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法上止點(diǎn)位置和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定上止點(diǎn)位置和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定示功圖采集過(guò)程的誤差分析示功圖采集過(guò)程的誤差分析五、測(cè)壓儀表的標(biāo)定五、測(cè)壓儀表的標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定六、壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性六、壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性容腔效應(yīng)容腔效應(yīng)傳輸管道的數(shù)學(xué)模型和頻率特性傳輸管道的數(shù)學(xué)模型和頻率特性State Key Laboratory of Engines, Tianjin University第四部分第四部分 內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量一、概

5、述一、概述內(nèi)燃機(jī)動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量:是指氣缸中隨曲軸轉(zhuǎn)角或氣缸容積而變化的動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量,也就是通常所說(shuō)p-或p-V示功圖的測(cè)錄。 示功圖的形狀如下圖所示。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University線段3-4為燃燒過(guò)程燃燒過(guò)程，此時(shí)燃燒極為迅速,容積變化很小但氣缸內(nèi)壓力增高很多。線段4-5為高溫燃?xì)獾呐蛎涍^(guò)程膨脹過(guò)程，隨著氣缸容積的增大，氣缸內(nèi)氣體壓力不斷降低。線段5-1為排氣過(guò)程排氣過(guò)程,開始排氣時(shí)氣缸內(nèi)壓力較高，燃?xì)庾杂膳湃氪髿?，隨著氣缸容積的減小，活塞把廢氣排擠出去。線段1-2為進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣過(guò)程，隨氣缸容積增大,不斷地把新鮮充量吸入

6、氣缸。線段2-3為壓縮過(guò)程壓縮過(guò)程，隨著氣缸容積的減小，氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，壓力不斷升高。State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University二、內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法二、內(nèi)燃機(jī)氣缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法l 機(jī)械方法測(cè)量（機(jī)械方法測(cè)量（基本不用基本不用）l 電測(cè)方法測(cè)量電測(cè)方法測(cè)量（1）橫向集點(diǎn)法：對(duì)應(yīng)某些確定的壓力值，采集氣橫向集點(diǎn)法：對(duì)應(yīng)某些確定的壓力值，采集氣缸壓力與之相對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。（缸壓力與之相對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。（基本不用基本不用）（2

7、）縱向集點(diǎn)法：確定的曲軸轉(zhuǎn)角下采集相應(yīng)的缸縱向集點(diǎn)法：確定的曲軸轉(zhuǎn)角下采集相應(yīng)的缸內(nèi)氣體壓力值。內(nèi)氣體壓力值。采用角標(biāo)儀（光電傳感器等）獲得曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)和上采用角標(biāo)儀（光電傳感器等）獲得曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)和上止點(diǎn)信號(hào)，采用石英壓電傳感器和電荷放大器獲得氣止點(diǎn)信號(hào)，采用石英壓電傳感器和電荷放大器獲得氣缸壓力信號(hào)。缸壓力信號(hào)。最常用傳感器：石英晶體壓電傳感器最常用傳感器：石英晶體壓電傳感器State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University三、上止點(diǎn)位置

8、和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定三、上止點(diǎn)位置和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定（一）上止點(diǎn)位置的確定（一）上止點(diǎn)位置的確定1 1磁電法磁電法當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于凸尖與磁鐵間隙時(shí)，由于凸尖與磁鐵間隙l處磁通的處磁通的變化，線圈變化，線圈a、b兩端將輸出一個(gè)變化的電動(dòng)勢(shì)。若上止點(diǎn)標(biāo)記兩端將輸出一個(gè)變化的電動(dòng)勢(shì)。若上止點(diǎn)標(biāo)記對(duì)正時(shí)，使凸尖正好對(duì)準(zhǔn)磁鐵中心線對(duì)正時(shí)，使凸尖正好對(duì)準(zhǔn)磁鐵中心線CC，則電動(dòng)勢(shì)曲線中，則電動(dòng)勢(shì)曲線中的的C點(diǎn)即為上止點(diǎn)。點(diǎn)即為上止點(diǎn)。這 種 方 法 測(cè)這 種 方 法 測(cè)得 的 上 止 點(diǎn)得 的 上 止 點(diǎn)實(shí) 際 上 為 靜實(shí) 際 上 為 靜態(tài)上止點(diǎn)。態(tài)上止點(diǎn)?；钊灰苹?/p>

9、塞位移活塞銷與曲活塞銷與曲軸銅套間隙軸銅套間隙State Key Laboratory of Engines, Tianjin University2.2.氣缸壓縮線法氣缸壓縮線法利用壓力傳感器，在倒拖或滅缸的情況下，測(cè)得氣缸的壓縮壓利用壓力傳感器，在倒拖或滅缸的情況下，測(cè)得氣缸的壓縮壓力曲線，如圖力曲線，如圖6-346-34所示。在壓縮曲線的上部，作若干平行于大所示。在壓縮曲線的上部，作若干平行于大氣壓力線的直線，連接這些直線的中點(diǎn)即可得到上止點(diǎn)線。氣壓力線的直線，連接這些直線的中點(diǎn)即可得到上止點(diǎn)線。由于用這種方法求得的上止點(diǎn)由于用這種方法求得的上止點(diǎn)比較接近工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)上比較接近工作狀

10、態(tài)下的動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)，因此被廣泛采用。止點(diǎn)，因此被廣泛采用。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University3.3.電容法（直接動(dòng)態(tài)測(cè)定法）電容法（直接動(dòng)態(tài)測(cè)定法）利用電容式傳感器原理利用電容式傳感器原理 ，將最大電容量的信號(hào)作為動(dòng)態(tài)上止，將最大電容量的信號(hào)作為動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)的信號(hào)點(diǎn)的信號(hào), ,從而確定上止點(diǎn)。從而確定上止點(diǎn)。由于在試驗(yàn)中難以準(zhǔn)確測(cè)定實(shí)際由于在試驗(yàn)中難以準(zhǔn)確測(cè)定實(shí)際動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)位置，因此在進(jìn)行示動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)位置，因此在進(jìn)行示功圖精確分析時(shí)，需要進(jìn)行上止功圖精確分析時(shí)，需要進(jìn)行上止點(diǎn)的點(diǎn)的熱力學(xué)修正熱力學(xué)修正。由于活塞和連桿受力變形以及溫

11、由于活塞和連桿受力變形以及溫度變化的影響，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)度變化的影響，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮和排氣沖程利用電容法機(jī)，壓縮和排氣沖程利用電容法測(cè)得的動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)相位是有差異測(cè)得的動(dòng)態(tài)上止點(diǎn)相位是有差異的，一般壓縮沖程比排氣沖程終的，一般壓縮沖程比排氣沖程終了時(shí)所測(cè)得的上止點(diǎn)相位領(lǐng)先。了時(shí)所測(cè)得的上止點(diǎn)相位領(lǐng)先。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University（二）曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定（二）曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的確定1.1.光電法光電法利用光電式傳感器的原理，在光柵盤的外圈按所要求的角分辨利用光電式傳感器的原理，在光柵盤的外圈按所要求的角分辨率加工一定數(shù)目

12、的轉(zhuǎn)角光柵，在光柵盤的內(nèi)圈只加工一條光柵率加工一定數(shù)目的轉(zhuǎn)角光柵，在光柵盤的內(nèi)圈只加工一條光柵作上止點(diǎn)信號(hào)用。當(dāng)光源通過(guò)光柵到達(dá)另一側(cè)由兩個(gè)光電元件作上止點(diǎn)信號(hào)用。當(dāng)光源通過(guò)光柵到達(dá)另一側(cè)由兩個(gè)光電元件制成的接受器時(shí)，分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)角和上止點(diǎn)兩組信號(hào)。制成的接受器時(shí)，分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)角和上止點(diǎn)兩組信號(hào)。2.2.磁電法磁電法利用磁電式傳感器原理，在曲軸上安裝一個(gè)齒盤，磁電式傳感利用磁電式傳感器原理，在曲軸上安裝一個(gè)齒盤，磁電式傳感器固定不動(dòng)，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)、齒盤上的每一個(gè)齒經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，器固定不動(dòng)，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)、齒盤上的每一個(gè)齒經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈沖，齒盤的齒數(shù)就決定產(chǎn)生的脈沖都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)

13、電動(dòng)勢(shì)脈沖，齒盤的齒數(shù)就決定產(chǎn)生的脈沖數(shù)，以此來(lái)確定曲軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)。數(shù)，以此來(lái)確定曲軸轉(zhuǎn)角的度數(shù)。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University3.3.上止點(diǎn)基準(zhǔn)法上止點(diǎn)基準(zhǔn)法由于兩個(gè)上止點(diǎn)信號(hào)之間的曲軸轉(zhuǎn)角為由于兩個(gè)上止點(diǎn)信號(hào)之間的曲軸轉(zhuǎn)角為360，因此當(dāng)內(nèi)燃機(jī)，因此當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以根據(jù)不斷產(chǎn)生的上止點(diǎn)信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以根據(jù)不斷產(chǎn)生的上止點(diǎn)信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)求得曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)。理系統(tǒng)來(lái)求得曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University四、

14、示功圖采集過(guò)程的誤差分析四、示功圖采集過(guò)程的誤差分析（一）測(cè)壓通道引起的誤差（一）測(cè)壓通道引起的誤差在示功圖測(cè)錄過(guò)程中，壓力傳感器一般均安裝在氣缸蓋上，傳在示功圖測(cè)錄過(guò)程中，壓力傳感器一般均安裝在氣缸蓋上，傳感器端部與氣缸蓋底面，即與燃燒室之間有一段通道，氣缸內(nèi)感器端部與氣缸蓋底面，即與燃燒室之間有一段通道，氣缸內(nèi)壓力經(jīng)此通道傳到傳感器膜片上，因此壓力經(jīng)此通道傳到傳感器膜片上，因此由于加工工藝上的原因由于加工工藝上的原因，必然存在空腔，必然存在空腔，由此會(huì)產(chǎn)生誤差。，由此會(huì)產(chǎn)生誤差。因此在壓力傳感器安裝時(shí)，盡量因此在壓力傳感器安裝時(shí)，盡量使其端面與氣缸蓋底面平齊，以使其端面與氣缸蓋底面平齊，以

15、便減小測(cè)壓通道的影響。便減小測(cè)壓通道的影響。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University測(cè)壓通道引起的誤差分析1.1.改變了發(fā)動(dòng)機(jī)原有的工作狀態(tài)改變了發(fā)動(dòng)機(jī)原有的工作狀態(tài)測(cè)壓通道和空腔的存在，增加了內(nèi)燃機(jī)氣缸的余隙容積，內(nèi)燃測(cè)壓通道和空腔的存在，增加了內(nèi)燃機(jī)氣缸的余隙容積，內(nèi)燃機(jī)壓縮比減小，壓縮終點(diǎn)壓力下降，工作狀態(tài)發(fā)生變化。機(jī)壓縮比減小，壓縮終點(diǎn)壓力下降，工作狀態(tài)發(fā)生變化。2.2.滯后和腔振滯后和腔振氣缸內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力通過(guò)測(cè)壓通道內(nèi)的彈性氣體傳遞給壓力傳感氣缸內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力通過(guò)測(cè)壓通道內(nèi)的彈性氣體傳遞給壓力傳感器，氣體的彈性和阻尼作用使傳

16、遞到壓力傳感器的壓力相位滯器，氣體的彈性和阻尼作用使傳遞到壓力傳感器的壓力相位滯后，尤其在氣缸壓力突變時(shí)，其脈沖壓力波在通道中交替?zhèn)鬟f后，尤其在氣缸壓力突變時(shí)，其脈沖壓力波在通道中交替?zhèn)鬟f與反射，形成通道內(nèi)氣體的自振（腔振）。與反射，形成通道內(nèi)氣體的自振（腔振）。State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University（二）上止點(diǎn)位置引起的誤差（二

17、）上止點(diǎn)位置引起的誤差決定上止點(diǎn)的相位，對(duì)示功圖的精度有很大的影響，上止點(diǎn)位決定上止點(diǎn)的相位，對(duì)示功圖的精度有很大的影響，上止點(diǎn)位置是根據(jù)示功圖進(jìn)行放熱率、平均指示壓力等計(jì)算的依據(jù)。若置是根據(jù)示功圖進(jìn)行放熱率、平均指示壓力等計(jì)算的依據(jù)。若上止點(diǎn)相位偏差上止點(diǎn)相位偏差1o曲軸轉(zhuǎn)角，就可能使平均指示壓力產(chǎn)生約曲軸轉(zhuǎn)角，就可能使平均指示壓力產(chǎn)生約5.5的誤差，使平均轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生約的誤差，使平均轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生約5的誤差。反之，若要保證平的誤差。反之，若要保證平均指示壓力的誤差小于均指示壓力的誤差小于l，則要求上止點(diǎn)的相位偏差不超過(guò)，則要求上止點(diǎn)的相位偏差不超過(guò)0.2o曲軸轉(zhuǎn)角。曲軸轉(zhuǎn)角。為提高上止點(diǎn)相位精度，可

18、對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)修正。在為提高上止點(diǎn)相位精度，可對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)修正。在氣缸壓縮氣缸壓縮線法線法確定上止點(diǎn)位置時(shí)所采用的倒拖壓縮示功圖上，上止點(diǎn)附確定上止點(diǎn)位置時(shí)所采用的倒拖壓縮示功圖上，上止點(diǎn)附件較小區(qū)段內(nèi)多變指數(shù)件較小區(qū)段內(nèi)多變指數(shù)n接近常數(shù)，而膨脹多變指數(shù)大于壓縮接近常數(shù)，而膨脹多變指數(shù)大于壓縮多變指數(shù)。多變指數(shù)。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University對(duì)數(shù)示功圖修正上止點(diǎn)上止點(diǎn)位置上止點(diǎn)位置正確正確：對(duì)數(shù)坐標(biāo)示功圖上，壓縮線高于膨脹線，且：對(duì)數(shù)坐標(biāo)示功圖上，壓縮線高于膨脹線，且在上止點(diǎn)附件兩條線呈近似直線分開。在上止點(diǎn)附件兩條線

19、呈近似直線分開。上止點(diǎn)位置上止點(diǎn)位置不正確不正確：對(duì)數(shù)坐標(biāo)示功圖上，壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程：對(duì)數(shù)坐標(biāo)示功圖上，壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程不可能呈直線，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)膨脹過(guò)程線高于壓縮過(guò)程線的不可能呈直線，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)膨脹過(guò)程線高于壓縮過(guò)程線的情況。情況。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University熱力損失角熱力損失角由于柴油機(jī)在拖動(dòng)過(guò)程中存在漏氣和散熱損失，所以拖動(dòng)p- 圖在壓縮線峰值不在真正的壓縮上止點(diǎn)，而在真正的壓縮上止點(diǎn)前一個(gè)角度，即熱力損失相位差State Key Laboratory of Engines, Tianjin Univer

20、sity（三）溫度變化引起的誤差（三）溫度變化引起的誤差壓力傳感器對(duì)溫度的變化很敏感，尤其是壓電元件的壓電常數(shù)壓力傳感器對(duì)溫度的變化很敏感，尤其是壓電元件的壓電常數(shù)因溫度的變化而改變，使測(cè)量系統(tǒng)的輸出發(fā)生漂移。因溫度的變化而改變，使測(cè)量系統(tǒng)的輸出發(fā)生漂移。為減小溫度變化對(duì)傳感器的影響，應(yīng)十分注意傳感器在測(cè)試時(shí)為減小溫度變化對(duì)傳感器的影響，應(yīng)十分注意傳感器在測(cè)試時(shí)的的冷卻條件冷卻條件，此外，亦可采用帶溫度補(bǔ)償片的壓電傳感器，以，此外，亦可采用帶溫度補(bǔ)償片的壓電傳感器，以消除氣缸高溫燃?xì)鈳?lái)的影響。消除氣缸高溫燃?xì)鈳?lái)的影響。State Key Laboratory of Engines, Tia

21、njin University采樣定理采樣定理采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)x(t)相乘，取離散點(diǎn)x(nt)的值的過(guò)程。State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityX(0), X(1), X(2), , X(n) State Key Laboratory of Engines, Tianjin University每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少2點(diǎn):State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin Un

22、iversityState Key Laboratory of Engines, Tianjin University頻域解釋 0t0f0t0ft00fState Key Laboratory of Engines, Tianjin University采樣定理 為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。Fs 2 Fmax State Key Laboratory of Engines, Tianjin University在設(shè)計(jì)離散系統(tǒng)時(shí)，采樣定理是必須嚴(yán)在設(shè)計(jì)離散系統(tǒng)時(shí)，采樣定理是必須嚴(yán)格遵循的一條準(zhǔn)則

23、，因?yàn)樗该髁藦牟筛褡裱囊粭l準(zhǔn)則，因?yàn)樗该髁藦牟蓸有盘?hào)中不失真地復(fù)現(xiàn)原連續(xù)信號(hào)所必樣信號(hào)中不失真地復(fù)現(xiàn)原連續(xù)信號(hào)所必須的理論上的最小采樣周期須的理論上的最小采樣周期T T。相鄰兩頻譜互不重疊的條件是：相鄰兩頻譜互不重疊的條件是：ms2如果如果ms2就會(huì)出現(xiàn)相鄰部分頻譜重疊的現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)相鄰部分頻譜重疊的現(xiàn)象。這時(shí)就難以準(zhǔn)確地恢復(fù)原來(lái)的連。這時(shí)就難以準(zhǔn)確地恢復(fù)原來(lái)的連續(xù)信號(hào)了。續(xù)信號(hào)了。 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University1 1、信號(hào)抽樣的理論分析、信號(hào)抽樣的理論分析(1/3)(1/3)抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜與抽樣間

24、隔頻譜與抽樣間隔T關(guān)系：關(guān)系：)j (Fmm10T1)j (F)( j sF)( j sF)j (sFmssms /20.ms2m0抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜包含有頻譜包含有F(jw)的完整信息的完整信息State Key Laboratory of Engines, Tianjin University1 1、信號(hào)抽樣的理論分析、信號(hào)抽樣的理論分析(2/3)(2/3)抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜與抽樣間隔頻譜與抽樣間隔T關(guān)系：關(guān)系：)j (Fmm10)j (sFT1)( j sF)( j sF)j (Fmssm0.ms2m抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜包含有頻譜包含有F(jw)的完整信

25、息的完整信息State Key Laboratory of Engines, Tianjin Universityms2)j (sFT1)j (Fmssmss0.)( j sF)( j sF1 1、信號(hào)抽樣的理論分析、信號(hào)抽樣的理論分析(3/3)(3/3)抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜與抽樣間隔頻譜與抽樣間隔T關(guān)系：關(guān)系：)j (Fmm10 混疊混疊(aliasing)m抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)fs(t)頻譜頻譜不包含有不包含有F(jw)的完整信息的完整信息State Key Laboratory of Engines, Tianjin University2 2、時(shí)域取樣定理、時(shí)域取樣定理 若帶限信

26、號(hào)若帶限信號(hào)f(t)的最高角頻率為的最高角頻率為m，則信號(hào)，則信號(hào)f(t)可以用等間隔的抽樣值唯一地表示。而抽樣間隔可以用等間隔的抽樣值唯一地表示。而抽樣間隔T需不大于需不大于1/2fm，或最低抽樣頻率，或最低抽樣頻率fs不小于不小于2fm。若從抽樣信號(hào)若從抽樣信號(hào)fs(t)中恢復(fù)原信號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)f(t)，需滿足兩個(gè)條件：，需滿足兩個(gè)條件：fs = 2fm 為最小取樣頻率，稱為為最小取樣頻率，稱為Nyquist Rate. f(t)是帶限信號(hào)，即其頻譜函數(shù)在是帶限信號(hào)，即其頻譜函數(shù)在| | m各處為零；各處為零； 抽樣間隔抽樣間隔T需滿足需滿足 ， )2/(1/mmfT或抽樣頻率或抽樣頻率f

27、s需滿足需滿足 fs 2fm （或（或s 2 m） 。 )j (Fmm10State Key Laboratory of Engines, Tianjin University沖激串抽樣沖激串抽樣)(tft0)(tfst0STST2STST3t)(tST0)1(STST2STST2 =)(jF0mm)(jFS0mmSSST1)(ss0SSS)(jFS0mSST1mS2當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)=當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)mS2從頻譜圖可以看出：要使各頻移不重疊，抽樣從頻譜圖可以看出：要使各頻移不重疊，抽樣頻率頻率 s 2 m， m為為f (t)的頻譜的頻譜F(j )的最高頻率。的最高頻率。否則，否則， s2 m ，抽樣信號(hào)的頻譜

28、會(huì)出現(xiàn)混疊。，抽樣信號(hào)的頻譜會(huì)出現(xiàn)混疊。根據(jù)頻域卷積定理：根據(jù)頻域卷積定理：)()(1)()(21)()()()(SSSjFTjFjFttftfsssTs最高頻率最高頻率 S=2 /TS* *State Key Laboratory of Engines, Tianjin University3 3、抽樣定理的工程應(yīng)用、抽樣定理的工程應(yīng)用 )j (F10許多實(shí)際工程信號(hào)不滿足帶限條件許多實(shí)際工程信號(hào)不滿足帶限條件)j (Hmm10 抗抗 混混 低通濾波器低通濾波器)(tf)(1tf)(th)j (1Fmm10在動(dòng)態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，為了防止高于采祥頻率一半的信在動(dòng)態(tài)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，為

29、了防止高于采祥頻率一半的信號(hào)產(chǎn)生混疊而造成的誤差，抗混疊濾波器是不可少的一般情況下號(hào)產(chǎn)生混疊而造成的誤差，抗混疊濾波器是不可少的一般情況下，抗混疊濾波器是低通濾波器。，抗混疊濾波器是低通濾波器。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University抽樣前抽樣前 抗混疊濾波抗混疊濾波與與未抗混疊濾波未抗混疊濾波的的 區(qū)別區(qū)別 原信號(hào)xWAV格式,fm=11025HZ1.12M未抗混疊濾波未抗混疊濾波fs=4410Hz大小大小230Kfs=4410Hz230K 原信號(hào)x抗混疊濾波，fm=2205Hz1.12MState Key Laboratory

30、of Engines, Tianjin University0)(jF1m實(shí)際濾波實(shí)際濾波取較大的取較大的T，從抽樣信號(hào)頻譜可發(fā)現(xiàn)有混疊，逐漸減小，從抽樣信號(hào)頻譜可發(fā)現(xiàn)有混疊，逐漸減小T，當(dāng)前后，當(dāng)前后2次抽樣信號(hào)頻譜次抽樣信號(hào)頻譜之間沒(méi)有變化時(shí)，即可確定之間沒(méi)有變化時(shí)，即可確定T0)(jF10)(jF1理想理想濾波濾波mState Key Laboratory of Engines, Tianjin University 需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。State Key

31、Laboratory of Engines, Tianjin University頻混計(jì)算： FsFsFsFs頻混正常Fs/2工程處理：混迭頻率=Fs-信號(hào)頻率State Key Laboratory of Engines, Tianjin UniversityA/D采樣前的抗混迭濾波： 物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)放大調(diào)制電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)展開低通濾波(0-Fs/2)放大State Key Laboratory of Engines, Tianjin University發(fā)動(dòng)機(jī)性能多參數(shù)測(cè)量系統(tǒng),測(cè)量參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力、燃燒室壁面瞬態(tài)溫度、光電編碼器的轉(zhuǎn)角信號(hào)和上止點(diǎn)信號(hào)、進(jìn)氣壓力、排

32、氣壓力。 （1）缸內(nèi)壓力等信號(hào)的頻率上限為5kHz，確定系統(tǒng)采用頻率？ （2）發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，確保缸內(nèi)壓力信號(hào)最小曲軸轉(zhuǎn)角分度為0.5A，采樣頻率最低為多少？ （3）假如在（2）的基礎(chǔ)上，要同時(shí)測(cè)量噪聲，噪聲分析頻率為22kHz，系統(tǒng)采用頻率確定為多少合適？思考題思考題State Key Laboratory of Engines, Tianjin University第五部分第五部分 測(cè)壓儀表的標(biāo)定測(cè)壓儀表的標(biāo)定一、靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定是根據(jù)靜壓平衡原理，利用活塞式壓力計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)彈簧壓力計(jì)或液柱式壓力計(jì)進(jìn)行的?；钊綁毫τ?jì)常用于量程為1105Pa以上的測(cè)壓儀表的標(biāo)定。為了消除摩

33、擦力的影響，測(cè)量時(shí)活塞與液壓缸之間應(yīng)保持旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速（12010）r/min。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University被標(biāo)定的壓力傳感器或壓力儀表安裝在壓力計(jì)的接頭上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，加壓油缸的活塞往前移動(dòng)使油缸增壓，并把壓力傳至各部分。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，將精密活塞連同上面所加的標(biāo)準(zhǔn)砝碼頂起，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，使精密輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，使精密活塞與砝碼旋轉(zhuǎn)，以減小活塞與砝碼旋轉(zhuǎn)，以減小活塞與缸體之間的磨擦力活塞與缸體之間的磨擦力。此時(shí)油壓與砝碼（連同活塞）的重力相平衡。傳感器或壓力儀表受到的壓力等于砝碼（連同活塞）的重力與活塞的有效面積之比，可表示為式中，p為油缸的壓力（Pa）；m1為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量（kg）；m2為活塞的質(zhì)量（kg）；D為活塞的直徑（m）；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋╩/s2）。State Key Laboratory of Engines,