專利名稱：用于氣體測量的高靈敏渦流動量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)氣道性能檢測技術(shù)，具體涉及到氣道穩(wěn)流試驗時，用于衡量內(nèi)燃 機(jī)缸蓋氣道流動特性的一種高靈敏'渦流動量計。
背景技術(shù)：
發(fā)動機(jī)為了獲得良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性，要求發(fā)動機(jī)的氣缸蓋必須有足 夠高的流量系數(shù)和合適的渦流比、滾流比等參數(shù)，因此氣道試驗臺歷來就是發(fā)動機(jī)開發(fā)、 和發(fā)動機(jī)質(zhì)量檢測的重要工具。內(nèi)燃機(jī)氣道流動性能穩(wěn)流試驗臺包括工作臺，氣流管道， 孔板流量計、渦流動量計等一套較復(fù)雜的流動測試系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)氣道穩(wěn)流試驗時，要求 模擬發(fā)動機(jī)氣缸蓋氣門連續(xù)或斷續(xù)打開氣門，在每一個控制點，嚴(yán)密測試此時的氣門開 啟量，氣體流量，氣道兩端的壓差、氣體扭矩等與氣道流量系數(shù)、渦流比等有關(guān)的參數(shù)。 其中測試氣體流量、氣體扭矩大小的主要裝置為流量計和渦流動量計。在每一個試驗控 制點下，流量計測量氣體流量的大*小，渦流動量計測量扭矩大小，這兩個數(shù)據(jù)直接決定 了氣道的流動性能參數(shù)如流量系數(shù)、渦流比等。如上所述，渦流動量計是氣道試驗臺的主要組成部分之一，如果測試結(jié)果的精確性 較差，會直接對內(nèi)燃機(jī)氣道開發(fā)造成不利的影響，而當(dāng)前用于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動測量 用的動量計，普遍對氣流尤其是低氣門升程下的氣流產(chǎn)生的微小扭矩反映不靈敏，測量 精確度不高，造成這種結(jié)果的原因是多方面的，但主要原因是扭矩傳遞系統(tǒng)的重力以及 扭矩傳遞系統(tǒng)本身的不平衡造成的摩擦力導(dǎo)致了氣體能量傳遞到扭矩傳感器的過程中 出現(xiàn)了能量損失，并且導(dǎo)致了扭矩傳遞過程中反應(yīng)不靈敏，盡管氣體能量損失的絕對值 很小，但是相對于氣體尤其是低氣門升程下氣流產(chǎn)生的扭矩值來說，影響還是非常大。 因此，高靈敏性動量計利用浮力，.通過簡單的機(jī)構(gòu)既抵消了重力，又便f實現(xiàn)靜平衡， 從而部分減少了氣體能量損失，從而使得動量計具有了高靈敏性并具有更高精確性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于衡量內(nèi)燃機(jī)缸蓋氣道流動特性的渦流動量計，使其 具有高靈敏性和高精確性。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)結(jié)構(gòu)及原理予以說明。高靈敏渦流動量計主要分為 重力抵消裝置、扭矩傳遞裝置和靜態(tài)標(biāo)定裝置三個部分。重力抵消裝置主要包括氣泡水平儀、扭矩傳遞軸、蜂窩體、外罩、相應(yīng)的緊固螺栓、塑料浮子環(huán)以及、動量計殼體 上的凹槽等；扭矩傳遞裝置主要包括動量計殼體、扭矩傳遞軸、定位盤、相應(yīng)的緊固 螺栓、軸承、扭矩傳感器、扭矩傳感器固定盤等；靜態(tài)標(biāo)定裝置主要包括標(biāo)定連桿以 及滑輪等。在動量計殼體上部是重力抵消裝置。蜂窩體、外罩分別通過緊固螺栓和緊固件與扭矩傳遞軸連接為一整體置于動量^:殼體內(nèi)，動量計殼體上端有一凹槽，^槽裝有硅油，塑料浮子環(huán)放在硅油上。為了測量氣體的渦流強(qiáng)度，蜂窩體的作用是把進(jìn)入動量計的渦 流轉(zhuǎn)換為繞蜂窩體軸心轉(zhuǎn)動的動力。當(dāng)蜂窩體等產(chǎn)生轉(zhuǎn)動時，.由塑料浮子環(huán)在硅油上產(chǎn) 生的浮力來抵消整個扭矩傳遞系統(tǒng)的重力，因為在動量計殼體上端設(shè)有玻璃觀察窗，通 過觀察窗査看硅油量是否合適，從而調(diào)節(jié)硅油量以控制浮力的大小，同時為了保證重力 與扭矩傳遞軸的軸心在一條直線上，通過氣泡水平儀來調(diào)整動量計的上頂面始終處于水 平位置。在動量計殼體中間部位是扭矩傳遞部分。定位盤用鎖緊螺栓與動量計殼體緊固，定 位盤的上、下端分別裝有軸承。定位盤的作用是用來保證扭矩傳感器的軸心與扭矩傳遞 軸的軸心具有很好的同軸度。因為定位盤套裝在扭矩傳遞軸上，所以要求定位盤系統(tǒng)與動量計殼體內(nèi)中心具有很高的同軸'度，以保證整個扭矩傳遞系統(tǒng)的平衡扭。當(dāng)氣流經(jīng)過 蜂窩體時，由于氣流流動的特性以及蜂窩體的柱狀結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生一個扭矩信號，該信號 經(jīng)過扭矩傳遞軸傳遞給扭矩傳感器。在動量計殼體下端是靜態(tài)標(biāo)定裝置。作為徑向扭矩傳遞的標(biāo)定連桿套裝在定位盤下 端的扭矩傳遞軸上。標(biāo)定連桿采用了對稱結(jié)構(gòu)，用定位螺栓與扭矩傳遞軸緊固，外端穿 過動量計殼體。扭矩傳感器固定在扭矩傳感器固定盤的中心，與動量計同軸。扭矩傳遞 軸下端的扭矩傳遞件以"十字交叉軸"方式懸浮在扭矩傳感器上方，扭矩傳感器用固 定盤固定在動量計殼體下端。標(biāo)定連桿端頭兩側(cè)設(shè)有滑輪標(biāo)定時，將砝碼栓在標(biāo)定連桿 外端，通過其中一側(cè)的滑輪將砝碼的重力轉(zhuǎn)換為與標(biāo)定連桿相垂直的徑向方向的力。如 將砝碼放在另一側(cè)的滑輪，可以得到反方向的扭矩。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。 ' 圖2為扭矩傳遞裝置拆解示意圖。 圖3為靜態(tài)標(biāo)定裝置外部示意圖。圖4為動量計輸出AD量化值與動量計扭矩對應(yīng)關(guān)系曲線。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的說明。用于氣體測量的高靈敏渦流動量計包括蜂窩體、扭矩傳遞軸、外罩、緊固螺栓、 動量計、滑輪等。蜂窩體l為圓柱形，蜂窩體置于外罩2內(nèi)，由緊固螺栓3將蜂窩體與 外罩固定。扭矩傳遞軸4頂端設(shè)有外螺紋，蜂窩體緊固件5設(shè)有內(nèi)螺紋，蜂窩體l由中 心緊固螺栓6和蜂窩體緊固件5與扭矩傳遞軸4同心緊固。為防止蜂窩體緊固件在扭矩 傳遞軸上松動，蜂窩體緊固件5與扭矩傳遞軸4設(shè)有定位螺絲。動量計殼體7上端設(shè)有 凹槽8，凹槽裝有硅油，塑料浮子環(huán)9置于凹槽內(nèi)。蜂窩體1及外罩2組裝在動量計殼 體7內(nèi)。扭矩傳遞軸4套裝有定位盤10，定位盤用定位盤鎖緊螺栓11與動量計殼體7 緊固，定位盤10上下端分別裝有上軸承12和下軸承13。標(biāo)定連桿14套裝于定位盤10 下端的扭矩傳遞軸4上，標(biāo)定連桿內(nèi)端用標(biāo)定桿定位螺栓15與扭矩傳遞軸4緊固；標(biāo) 定連桿外端頭穿過動量計殼體7，標(biāo)定連桿外端兩側(cè)各設(shè)有一個滑輪16，標(biāo)定連桿外端 頭通過細(xì)繩繞過滑輪16栓有砝碼23。扭矩傳感器17通過扭矩傳感器螺栓18固定在扭 矩傳感器固定盤19的中心，與動量計同軸。扭矩傳遞軸4下端的扭矩傳遞件20以"十 字交叉軸"方式懸浮在扭矩傳感器17上方，在靜止?fàn)顟B(tài)下之間不發(fā)生接觸，扭矩傳感 器固定盤19用固定盤螺栓21緊固.在動量計殼體7下端。動量計殼體7外端設(shè)有玻璃觀 察窗22，動量計殼體上頂面鑲嵌有氣泡水平儀24。蜂窩體為柱行圓盤結(jié)構(gòu)，組裝時先將蜂窩體、浮子環(huán)、軸系等組裝完成，將其水平 支撐在軸承架上，能使其自由轉(zhuǎn)動。圓周方向較重的方位在重力作用下必然自動轉(zhuǎn)動到 下面。表明它尚未達(dá)到靜平衡?？梢栽诳蚣芡庵苜N附配重的辦法。使之達(dá)到靜平衡。去 掉配重并稱該配重的實際重量，例如配重為2g，量出它距軸心的距離為lOmm，則得知不 平衡力矩為20g.cm。用油漆作標(biāo)記，標(biāo)明部位和靜平衡的力矩值20g.cm。取下浮子環(huán)， 在框架上油漆標(biāo)記的對稱部位鉆孔，去掉相應(yīng)的重量，使之達(dá)到靜平衡。具體標(biāo)定時，扭矩傳遞軸轉(zhuǎn)動通過扭矩傳遞件與扭矩傳感器接觸，用來模擬氣流進(jìn) 入蜂窩體所產(chǎn)生的扭矩。改變砝碼23的重量可以得到不同的對應(yīng)值，再將砝碼放在另 一側(cè)的滑輪，可以得到反方向的扭'矩。然后改變砝碼的重量再重新檢測，'兩組數(shù)據(jù)的數(shù) 值與砝碼重量產(chǎn)生的扭矩均呈線性關(guān)系(如圖4)，該數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，通過試驗根據(jù)扭 矩傳感器得到的數(shù)值就能從原始數(shù)據(jù)中通過差值法得到真實的扭矩值。本實施例標(biāo)定連桿外端部的小孔到扭矩傳遞軸軸心的距離為lOOmm,將5g砝碼栓在 標(biāo)定連桿外端。蜂窩體帶動扭矩傳遞軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的一個5m N.m的扭矩，這時可以從扭矩傳感器上得到一個對應(yīng)的數(shù)值，將5g的砝碼更改為10g，又可以從扭矩傳感器上得 到一個對應(yīng)的數(shù)值，改變砝碼的重量可以得到不同的數(shù)值。然后將不同的砝碼放在另一 邊的滑輪，以模擬反方向的扭矩，按上述方法再做一遍，可以得到另一組反方向的數(shù)值。 例如氣流流入蜂窩體由扭矩傳感器得到了一個AD量化值11000， AD值表示將扭矩傳 感器輸出電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，那么這時的真實扭矩值為正向(俯視、順時針)28mN.m。 本發(fā)明的特點和有益的效果在于高靈敏性動量計利用浮力，通過簡單的機(jī)構(gòu)既抵 消了重力，又便于實現(xiàn)靜平衡，從而部分減少了氣體能量損失，從而使得動量計具有了 高靈敏性并具有更高精確性。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體測量的高靈敏渦流動量計，包括蜂窩體、扭矩傳遞軸、外罩、緊固螺栓、動量計、滑輪，其特征在于蜂窩體(1)為圓柱形，蜂窩體置于外罩(2)內(nèi)，由緊固螺栓(3)將蜂窩體與外罩固定，扭矩傳遞軸(4)頂端設(shè)有外螺紋，蜂窩體緊固件(5)設(shè)有內(nèi)螺紋，蜂窩體(1)通過中心緊固螺栓(6)和蜂窩體緊固件(5)與扭矩傳遞軸(4)同心緊固，蜂窩體緊固件(5)與扭矩傳遞軸之間(4)設(shè)有定位螺絲，動量計殼體(7)上端設(shè)有凹槽(8)，凹槽裝有硅油，塑料浮子環(huán)(9)置于凹槽內(nèi)，蜂窩體(1)及外罩(2)組裝在動量計殼體(7)內(nèi)，扭矩傳遞軸(4)套裝有定位盤(10)，定位盤用定位盤鎖緊螺栓(11)與動量計(7)殼體緊固，定位盤(10)上下端分別裝有上軸承(12)和下軸承(13)，標(biāo)定連桿(14)套裝于定位盤(10)下端的扭矩傳遞軸(4)上，標(biāo)定連桿內(nèi)端頭用標(biāo)定桿定位螺栓(15)與扭矩傳遞軸(4)緊固，標(biāo)定連桿外端頭穿過動量計殼體(7)，標(biāo)定連桿外端兩側(cè)各設(shè)有一個滑輪(16)，標(biāo)定連桿外端頭通過細(xì)繩繞過滑輪(16)栓有砝碼(23)，扭矩傳感器(17)通過扭矩傳感器螺栓(18)固定在扭矩傳感器固定盤(19)的中心，與動量計同軸，扭矩傳遞軸(4)下端的扭矩傳遞件(20)以“十字交叉軸”方式懸浮在扭矩傳感器(17)上方，扭矩傳感器固定盤(19)用固定盤螺栓(21)緊固在動量計殼體(7)下端。
2. 按照權(quán)利要求書1所述的一種用于氣體測量的高靈敏渦流動量計，其特征在于 所述動量計殼體(7)外端設(shè)有玻璃觀察窗(22),動量計殼體(7)上頂面鑲嵌有氣泡 水平儀(24)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于氣體測量的高靈敏渦流動量計。具體結(jié)構(gòu)為蜂窩體、外罩與扭矩傳遞軸連接為一整體置于動量計殼體內(nèi)，殼體上端有凹槽，槽內(nèi)為硅油。浮子環(huán)置于硅油中。定位盤與動量計殼體緊固，定位盤的上下端分別裝有軸承。標(biāo)定連桿套裝在定位盤下端的扭矩傳遞軸上。連桿一端與扭矩傳遞軸緊固，另一端穿過動量計殼體并接有兩個砝碼。扭矩傳感器與扭矩傳遞軸以“十字交叉軸”方式連接，扭矩傳感器固定盤固定在動量計殼體下端。扭矩傳遞軸轉(zhuǎn)動使傳感器產(chǎn)生信號，用來模擬氣流進(jìn)入蜂窩體所產(chǎn)生的扭矩。更換砝碼可得到不同的扭矩。本發(fā)明通過重力抵消、扭矩傳遞和靜態(tài)標(biāo)定等設(shè)置，對內(nèi)燃機(jī)缸蓋氣道流動特性的檢測具有更高的靈敏性和精確性。
文檔編號G01M15/04GK101603878SQ20091006973
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉書亮, 王天友, 禎 魯 申請人:天津大學(xué)