[发明专利]一种柴油机活塞瞬态温度测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种瞬态温度的测试方法，特别是一种柴油机活塞瞬态温度测量系统及其测量方法。

背景技术

作为车船动力，内燃机的热效率及其可靠性都是代表一个国家内燃机水平的标志。而高的热效率往往都以承受高热负荷为代价，因此热负荷问题随着发动机的强化而备受重视。热负荷问题，主要体现为构成燃烧室的一些重要零部件频繁出现的热损伤故障，在活塞上主要体现为：头部烧蚀、掉块、热裂、头部环区过热活塞环卡死、拉缸、断环等。相继出现的问题致使柴油机的热可靠性受到严重的威胁，极大地阻碍着柴油机的研制和使用，迫使人们把主要精力转移到热负荷的研究上。

近几年，随着柴油机技术的不断进步，急需一种响应时间短、测量精度高、结构简单、性能稳定、可以进行瞬态温度的连续测量、不影响柴油机活塞的结构的测温方法和技术来满足柴油机活塞热负荷研究的需要。目前，关于柴油机活塞的温度测试方法，主要采用接触式测量方法，主要包括：热电偶测量法、硬度塞法、易熔合金法。但是，这几种方法都存在各自的使用局限性，普通热电偶测量法的响应时间长，不能满足要求；硬度塞法和易熔合金法精度低，响应时间长，不能进行瞬态连续测量。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种响应时间短、测量精度高、可以进行瞬态温度的连续测量的柴油机活塞瞬态温度测量系统及其测量方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种柴油机活塞瞬态温度测量系统，包括数据采集放大发射装置、信号接收装置、计算机、测温螺钉和补偿导线，所述测温螺钉通过补偿导线与数据采集放大发射装置连接，所述数据采集放大发射装置通过无线传输信号与信号接收装置连接，所述信号接收装置通过数据线与计算机连接；所述测温螺钉上端面有薄膜热电偶。

一种柴油机活塞瞬态温度测量系统的测量方法，包括以下步骤：

A、制作掩膜及掩膜夹具

选取两块长宽尺寸相同、厚度不同的矩形板；先在薄矩形板平面上加工多处形状为“Z”的通孔，即将薄矩形板加工成掩膜，再在厚矩形板上与掩膜的“Z”形通孔对应处加工M5螺纹通孔；用螺栓将掩膜和厚矩形板连接固定，构成掩膜夹具；

所述薄矩形板的厚度是0.1~0.5mm，所述厚矩形板的厚度是5~8mm，所述厚矩形板和薄矩形板的材料均为不锈钢；

B、制作测温螺钉

选择M5×5的紧定螺钉，在紧定螺钉上端面以圆心为基准建立直角坐标系，坐标单位为mm，在坐标为（-1.5，1）和（1.5，1）处各开1个尺寸为φ1的引线孔，并将紧定螺钉无槽的一端打磨抛光；将紧定螺钉旋入掩膜夹具的M5螺纹通孔中，使紧定螺钉的抛光端面接触到掩膜，采用磁控溅射方式将薄膜热电偶经掩膜的“Z”形通孔溅射到紧定螺钉的抛光端面上；将掩膜翻转重新固定，再次采用磁控溅射方式将薄膜热电偶经掩膜的“Z”形通孔溅射到紧定螺钉的抛光端面上，即在紧定螺钉的抛光端面溅射出“∏”形状的薄膜热电偶，溅射有薄膜热电偶的紧定螺钉即为测温螺钉；

C、标定薄膜热电偶参数

对薄膜热电偶的参数进行标定，薄膜热电偶标定参数的合格范围是：塞贝克系数为40~67.4μV/℃，线性误差不大于0.32%，响应时间为0.042~0.2ms；

D、安装

采用热压结合法将补偿导线的一端与薄膜热电偶的热电极连接，在活塞内壁温度待测点处尽量靠近活塞表面打一个螺纹孔，将测温螺钉安装在螺纹孔内；将补偿导线的另一端与数据采集放大发射装置连接，将信号接收装置通过数据线与计算机连接；

E、测量

完成以上步骤后，启动柴油机，柴油机活塞待测点处各个工况下的温度情况经过薄膜热电偶测量，将测量信号传送到数据采集放大发射装置并通过无线传输将信号传送至计算机中对数据进行分析处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用先进的薄膜热电偶制备技术测温，保证了动态响应时间短，温度测量精度高，可以进行连续测量。同时，采用小螺钉结构，传感器易于制作并且易于安放在活塞上，结构简单、更换方便、可以标准化生产。

2、本发明将薄膜热电偶溅射在小螺钉上，形成测温螺钉结构，其响应时间短、精度高、结构简单、性能稳定、更换方便、可以进行瞬态温度的连续测量、不影响柴油机活塞的结构；通过无线传输系统进行信号的传输，解决了柴油机活塞在恶劣工作环境下的温度测试问题以及薄膜热电偶引线连接问题。

附图说明

本发明共有附图9张，其中：

图1为本发明的组成示意图。

图2为测温螺钉在活塞待测点处示意图。