（機(jī)械工程專業(yè)論文）鐵路發(fā)電車柴油機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的研究與故障診斷.pdf

摘要 鐵路是我國(guó)的主要交通形式，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈?？瓦\(yùn)車輛中空調(diào) 客車已全面采用，發(fā)電車擔(dān)負(fù)著全列空調(diào)客車的供電任務(wù)，其重要性不言 而喻。 鐵路發(fā)電車均采用柴油發(fā)電機(jī)組的形式，柴油機(jī)基本采用美國(guó)康明斯 ( c u m m i n s ) 公司制造的k t a 一1 9 6 2 柴油機(jī)。針對(duì)目前柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)只 通過(guò)乘務(wù)員手動(dòng)記錄的現(xiàn)狀，本論文研究的主要目的是研究一種體積小巧、 攜帶方便、能方便在現(xiàn)有機(jī)組上安裝使用的參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置，使其能自動(dòng)記 錄機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中的水溫、油溫、油壓、轉(zhuǎn)速等動(dòng)態(tài)參數(shù)，并通過(guò)相應(yīng) 的軟件分析，及時(shí)顯示與分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)預(yù)報(bào)故障。 本裝置通過(guò)n o r m d a q 一5 0 0 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換卡采集柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù)，通過(guò) f l u k e5 7 4 手持式精密紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)每個(gè)汽缸的排氣溫度，并通過(guò)相 應(yīng)軟件程序處理，可以達(dá)到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)記錄、實(shí)時(shí)顯示，并能通 過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，并及時(shí)預(yù)報(bào)柴油機(jī)的故障。 柴油機(jī)信號(hào)采集時(shí)，在儀表后部的s 、i 、g 三個(gè)接線端子處引出電壓 信號(hào)，通過(guò)一特定的信號(hào)緩沖放大電路處理后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為0 5 伏電壓 信號(hào)，送入到a d 轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行信號(hào)采集。這樣既可保證原儀表的正確顯示， 又可保證采集到的信號(hào)的正確性。 在故障判斷中，通過(guò)對(duì)獲取的溫度等信號(hào)的分析處理，與原設(shè)定的上 下閥值進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)不在正常范圍時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。通過(guò)對(duì) 6 個(gè)汽缸的排氣溫度檢測(cè)，并將所測(cè)的溫度與平均溫度比較，如果溫差大 于1 5 就認(rèn)為這個(gè)汽缸存在故障。 關(guān)鍵詞：發(fā)電車，數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)檢測(cè)，故障診斷 ij ：蘇人學(xué)樣碩 一學(xué)位論文 a b s tr a c t t h er a i l w a yi so n eo ft h em a i nc o l n i n u n i c a t i o nf o n t i si nc h i n a a n di ti s v e r yi m p o r t a n tf o rt h en a t i o n a le c o n o m y a i r - c o n d i t i o n e dp a s s e n g e rt r a i n sw e r e a d o p t e dg e n e r a l l y a n dt h eg e n e r a t i n gt r a i nt a k ec h a r g eo ft h ep o w e rs u p p l y t a s k so ft h ew h o l ea i r - c o n d i t i o n e dp a s s e n g e rt r a i n ，s oi ti sv e r yi m p o r t a n t o b v i o u s l y g e n e r a t i n gt r a i na r ea 1 1a d o p tt h ef o r l t i so fd i e s e l g e n e r a t i n gs e t a n dt h e d i e s e le n g i n em a i n l ya d o p t e dk t a 一19 g 2d i e s e le n g i n ew h i c hm a d eb yt h e c o m p a n yu s ac u m m i n s a tp r e s e n t t h eo p e r a t i o np a r a m e t e ro ft h ed i e s e l e n g i n ea r er e c o r d e dm a n u a lb yt r a i n m a n t h i sp a p e rs t u d yt od e s i g nas m a l l d e v i c e w h oc a nb em o v e de a s i l ya n dc a nb ei n s t a l l e di ne x i s t i n gg e n e r a t i n g t r a i n ，t h i sd e v i c ec a na u t o m a t i cr e c o r dp a r a m e t e rs u c ha sw a t e rt e m p e r a t u r e ， o i l t e m p e r a t u r e ，o i lp r e s s u r e r o t a t i o n a ls p e e d a n ds oo n ，a n dt h e r e c o r d p a r a m e t e rc a nb ea n a l y z e db yt h es y s t e ms o f t w a r e ，d i s p l a ya n da n a l y z e t h eo p e r a t i o np a r a m e t e ro f t h ed i e s e l g e n e r a t o ri nt i m e p r e d i c tt h ef a u l ti nt i m e t h i sd e v i c es a m p l i n gs i g n a lp a r a m e t e r so ft h ed i e s e l g e n e r a t o rt h r o u g h n o r n l d a o 5 0 01m o d u l u s ，a n dm e a s u r et h ev e n t p i p et e m p e r a t u r eo f e a c h c y l i n d e rt h r o u g hf l u k e5 7 4h o l d i n gt y p ea c c u r a t ei n f l a r e dr a yt h e r m o s c o p e a n di tc a ns i g n a ls a m p l i n g r e c o r d ed a t at of i l ea n dd i s p l a yi nr e a lt i m et h r o u g h d e a l i n gw i t ht h es y s t e ms o f t w a r ep r o c e d u r e ，a n da l s op r e d i c tt h ef a u l to ft h e d i e s e l g e n e r a t o ri nt i m et h r o u g ha n a l y z i n gd a t a s w h e ng a t h e r st h es i g n a lo ft h ed i e s e le n g i n e ，s ，i ，go fb a c kd r a wt h e v o l t a g es i g n a li ni n s t r u m e n t b u f f e ra n da m p l i 如t h ec i r c u i ta n d d e a lw i t h t h r o u g hap a r t i c u l a rs i g n a l ，c h a n g et h es i g n a li n t ov o l t a g es i g n a lo f0 - 5v o l t s ， a n dg e ta d c h a n g ec a r dg oo ns i g n a lg a t h e r e x a c t n e s so ft h es i g n a lt h a ts oc a n n o to n l yc a ng u a r a n t e eo r i g i n a la d p e a r a n c er e v e a l sc o r r e c t l yb u ta l s og u a r a n t e e t ob e g a t h e r e d i nt h et r o u b l ed i a g n o s i s ，t h r o u g ha n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n gt os i g n a l s s u c ha st h et e m p e r a t u r et h a ti so b t a i n e de t c a n dc o m p a r i n gw i t ht h eu p p e ra n d i o w e rv a l v ev a l u et h a ta r ee s t a b l i s h e do r i g i n a l l y w h e nt h ep r e s e n td a t aa r en o t i nt h en o r m a lr a n g e s e n d i n go u tc o r r e s p o n d i n gw a r n i n gi n f o r m a t i o n m e a s u r e t h r o u g ht h et e m p e r a t u r eo fe x h a u s t i n gt o6c y l i n d e r s ，a n dc o m p a r et e m p e r a t u r e e x a m i n e dw i t ha v e r a g et e m p e r a t u r e i ft h ed i f f e r e n c e si nt e m p e r a t u r eg r e a t e r t h a n15 。c i tc o u l dc o n s i d e rt h ec y l i n d e rs t o r et h ef a u l ti n k e y w o i d ：g e n e r a t i n gt r a i n ，s i g n a ls a m p l i n g ，t e s to n l i n e ，f a u l td i a g n o s i s 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 y9 7 5 1 5 8 本學(xué)位論文作者完全1 廣解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位淪文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的傘部?jī)?nèi)容或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制于段保存 和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。 不保密囹。 學(xué)位論文作者簽名：螽盂翅 口l ，年( ，月6 日 指導(dǎo)教師簽名：豫灌? 中 文。o 占年月莎日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲瑟：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn) 行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含 任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)躲作品成暴。對(duì)本文麴磅究做出重 要貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲 明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：荔蓍翅 曰期：伽e 年( 月0 日 第一章緒論 1 1 問(wèn)題的提出 鐵路是我國(guó)的主要交通形式，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，自1 9 9 7 年4 月1 日起，已經(jīng) 成功實(shí)現(xiàn)了五次大提速，列車最高時(shí)速達(dá)1 6 0 公里。日前從鐵道部獲悉，明年我國(guó)鐵 路將實(shí)施第六次大面積提速，部分提速干線列車時(shí)速將提高到2 0 0 公里。在上海鐵路局， 浙贛線已全面開(kāi)始鋪設(shè)電氣化線路，全列空調(diào)列車己全面采用，作為全列空調(diào)車的電力 來(lái)源一空調(diào)發(fā)電車也越來(lái)越多，它擔(dān)任了全列火車上的供電任務(wù)，其重要性可想而知。 目前，我國(guó)鐵路上的空調(diào)發(fā)電車還采用傳統(tǒng)的儀表監(jiān)測(cè)參數(shù)的模式，柴油機(jī)中的各 類參數(shù)都采用相應(yīng)的傳感器將信號(hào)送到儀表上，通過(guò)儀表指針來(lái)顯示相應(yīng)的參數(shù)，在運(yùn) 行途中，發(fā)電車乘務(wù)員每一個(gè)小時(shí)要進(jìn)機(jī)房巡視一遍，再在車統(tǒng)1 8 1 本子上記錄下所有 儀表的參數(shù)，以作機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的記錄。也作為技術(shù)部門對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況是否良好的參 考。但目前這種原始的方法既增加了發(fā)電車乘務(wù)員的工作量，也會(huì)因?yàn)樗涗浀臄?shù)據(jù)缺 乏真實(shí)性而使技術(shù)部門對(duì)機(jī)組性能狀態(tài)的嚴(yán)重失控，易造成列車因發(fā)電車故障而無(wú)法正 常運(yùn)行。 本研究就是想改變發(fā)電車上這種原始的方法，尋求一種簡(jiǎn)單易行的方案，既可適當(dāng) 減輕乘務(wù)員的工作強(qiáng)度，也可使柴油機(jī)參數(shù)記錄數(shù)字化，便于原始資料的永入性存檔， 列車回段進(jìn)庫(kù)后技術(shù)部門也只要從裝置中取出相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)軟件便顯示機(jī)組整個(gè) 運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障苗頭，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器狀態(tài)修提供可能。 1 2 本論文的研究意義 目前在上海鐵路局內(nèi)，已有空調(diào)發(fā)電車2 0 0 多輛，但是目前各車輛段對(duì)發(fā)電車的維 修是以運(yùn)行時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)的，實(shí)行的是定期維修，即到時(shí)間不管柴油機(jī)機(jī)組是否存在故障， 都要進(jìn)入大修段進(jìn)行解體大修。康明斯發(fā)電車國(guó)產(chǎn)柴油發(fā)電機(jī)組大修費(fèi)用是4 5 萬(wàn)輛， 進(jìn)口柴油發(fā)電機(jī)組是1 4 4 萬(wàn)輛，費(fèi)用相當(dāng)驚人。而目前各個(gè)車輛段對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程 中性能狀態(tài)的掌握，也僅通過(guò)發(fā)電車乘務(wù)員的運(yùn)行狀態(tài)記錄來(lái)了解，就是說(shuō)通過(guò)乘務(wù)員 每小時(shí)的柴油機(jī)狀態(tài)參數(shù)記錄和乘務(wù)員的交班記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣不僅增加乘務(wù)員的工 作強(qiáng)度，而且由于乘務(wù)員中存在業(yè)務(wù)素質(zhì)參次不齊和工作責(zé)任心不強(qiáng)，一定程度存在著 狀態(tài)參數(shù)記錄造假的情況，而且還出現(xiàn)過(guò)上班時(shí)間機(jī)房無(wú)一人當(dāng)班的情況，造成對(duì)機(jī)組 性能無(wú)法及時(shí)掌控。在上海局曾多次發(fā)生過(guò)列車?yán)Оl(fā)電車機(jī)紐故障而無(wú)法正常發(fā)車，嚴(yán) 重影響列車的正常運(yùn)行，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成較大的損失；正因如此也發(fā)生過(guò)因機(jī)組缺油未 及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成機(jī)破的故障，造成近百萬(wàn)的損失，而且事后在事故責(zé)任分析時(shí)無(wú)第一手 記錄可查，造成責(zé)任難定的結(jié)果。 本論文主要目的是研究一種體積小巧、攜帶方便、能在現(xiàn)有機(jī)組上安裝使用的參數(shù) 科碩十學(xué)位論文 監(jiān)測(cè)裝置，使其能自動(dòng)記錄機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的水溫、油溫、油壓、轉(zhuǎn)速等動(dòng)態(tài)參數(shù)，并 通過(guò)相應(yīng)的軟件分析，及時(shí)顯示與分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)預(yù)報(bào)故障。不需大量改動(dòng) 發(fā)電車的布線結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)結(jié)構(gòu)，就能在本局鐵路發(fā)電車上使用的柴油機(jī)實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè) 裝置：如果本裝置可以付于實(shí)施，將產(chǎn)生如下的意義： 1 能實(shí)時(shí)檢測(cè)柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各類參數(shù)，使機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存； 2 通過(guò)對(duì)參數(shù)的多種分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)潛在的故障隱患，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故 障，防忠未然，有效減少機(jī)破事件； 3 裝置可方便直接使用于目前發(fā)電車上，減少發(fā)電車改裝的成本，有效提高發(fā)電 車的使用可靠性； 4 本裝置的使用可適當(dāng)減輕乘務(wù)員的工作量，為進(jìn)一步減員增效提供可能： 5 可使部份發(fā)電車延長(zhǎng)機(jī)組的大修臨修、中修、的期限，可節(jié)省不必要的修理費(fèi) 用； 6 為發(fā)生機(jī)破故障時(shí)提供第一手資料，提高事故責(zé)任分析的正確性； 1 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家列車所用的機(jī)組一般都有先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如美國(guó)、日本等 已成功將超薄型傳感器安裝在柴油機(jī)內(nèi)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度及主要部件的配合間隙進(jìn)行診 斷，并用光纖傳感器監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，通過(guò)潤(rùn)滑油法、性能參數(shù)法、振動(dòng)噪聲法 等實(shí)時(shí)判斷機(jī)組的狀態(tài)，實(shí)時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，正確及時(shí)預(yù)報(bào)故障，使機(jī)組能正常 使用，直到機(jī)器達(dá)到報(bào)廢時(shí)限，有效減少了維修費(fèi)用和提高機(jī)組使用可靠性。 目前在國(guó)內(nèi)，已有一些單位開(kāi)始對(duì)發(fā)電車實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)有了研究，如北方交大的劉 長(zhǎng)新等人，曾發(fā)表過(guò)空調(diào)發(fā)電車微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)探討一文，但僅限于理論方案探討， 并沒(méi)有正式深入研究；泰航鐵路配電廠也曾設(shè)計(jì)過(guò)一套智能化發(fā)電車，在上海到廈門的 1 7 6 列車上試用，但終因?yàn)槠浼夹g(shù)原因試用1 個(gè)月后沒(méi)有正式使用；劍湖鐵路客車電氣 配件廠也曾成功為上海到北京的1 3 、1 4 次列車設(shè)計(jì)了新一代智能化發(fā)電車，可以成功 實(shí)現(xiàn)參數(shù)檢測(cè)、自動(dòng)起機(jī)、并車等功能，但由于他采用全新設(shè)計(jì)，采用p l c 控制方式， 安裝復(fù)雜，設(shè)計(jì)成本大，并且不具備故障預(yù)報(bào)及分析功能，更無(wú)法將它移植到其它發(fā)電 車中，因此無(wú)法在全局推廣。 隨著鐵路競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)的進(jìn)一步強(qiáng)化，提高服務(wù)質(zhì)量，保證旅客的乘車環(huán)境，保證列車 準(zhǔn)點(diǎn)將越來(lái)越重要，作為列車電力來(lái)源的發(fā)電車也將更受重視。擺脫傳統(tǒng)的技術(shù)，將微 機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到全部發(fā)電車中，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的故障診斷手段的整體化、高精度化、智 能化、實(shí)時(shí)化，將發(fā)電車的運(yùn)行故障減少到最少，實(shí)現(xiàn)故障的狀態(tài)修，將成為今后的發(fā) 展趨勢(shì)。 1 4 本文的研究?jī)?nèi)容 本研究在上海局內(nèi)屬首次研究，利用康明斯柴油機(jī)自帶的傳感器，來(lái)檢測(cè)柴油機(jī)的 群碩十學(xué)位論文 水溫、油溫、油壓、轉(zhuǎn)速、d c 2 4 v 電壓等參數(shù)，通過(guò)相應(yīng)的接口電路及a d 轉(zhuǎn)換，送入 到手提電腦( 或臺(tái)式電腦) 中，再利用紅外線測(cè)溫儀，將6 汽缸的排氣歧管的溫度檢測(cè) 后再送入到計(jì)算機(jī)，然后矛9 用相應(yīng)的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并可通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析來(lái)自 動(dòng)判斷出機(jī)組的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。本文主要完成以下的內(nèi)容： 1 康明斯柴油機(jī)自帶的傳感器的特性研究及標(biāo)定： 2 紅外線測(cè)溫儀的選擇、i d 卡的選擇與接口電路選擇與設(shè)計(jì)； 3 相應(yīng)程序軟件的選擇與設(shè)計(jì)； 4 參數(shù)處理與故障分析。 3 江蘇人學(xué)r 程碩l - 學(xué)位論文 第二章康明斯發(fā)電車柴油機(jī)的結(jié)構(gòu) 2 1 發(fā)電車簡(jiǎn)介 發(fā)電車是鐵路全列空調(diào)列車的電力源，它通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組的模式，利用柴油機(jī)帶 動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)，將柴油的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，再通過(guò)三相四線制二路供給后部列車用電。 目前鐵路發(fā)電車主要有兩種，一類是m t u 發(fā)電車，它采用德國(guó)的m t u 柴油機(jī)作為動(dòng)力。 另一類為康明斯發(fā)電車，它采用美國(guó)康明斯( c u m m i n s ) 柴油機(jī)作為動(dòng)力。由于康明斯 柴油機(jī)相對(duì)經(jīng)濟(jì)，目前全路中，康明斯發(fā)電車為主流型發(fā)電車，如在上海鐵路局中，共 有2 0 0 多輛發(fā)電車，其中僅有5 輛為m t u 發(fā)電車。 康明斯發(fā)電車中的柴油機(jī)采用k t a 1 9 g 2 型柴油機(jī)，早期發(fā)電車采用重慶康明斯 公司( 重慶汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠) 制造的國(guó)產(chǎn)機(jī)組，后期的發(fā)電車主要采用進(jìn)口柴油機(jī)組。柴 油機(jī)為直列六缸四沖程、水冷、廢氣渦輪增壓，缸徑為1 5 9 m m ，工作行程為1 5 9 m m ， 總排量為1 9 升，額定功率為3 3 6 k w ，額定轉(zhuǎn)速為1 5 0 0 r p m 。發(fā)電機(jī)基本采用無(wú)錫電機(jī) 廠按照德國(guó)西門子公司許可證制造的1 f c 5 系列發(fā)電機(jī)，也有部份發(fā)電車采用柳州電機(jī) 廠、山西汾西機(jī)器廠制造的1 f c 6 系列發(fā)電機(jī)，還有個(gè)別發(fā)電車采用上海馬拉松革新 電氣有限公司根據(jù)美國(guó)馬拉松電氣公司( m a r a t h o ne l e c t r i cu s a ) 提供的m a g n ap l u s 圖紙改進(jìn)設(shè)計(jì)的m p t 一3 0 0 4 新型無(wú)刷發(fā)電機(jī)。 發(fā)電車中共設(shè)有五室，依次是廁所、休息室、控制室、動(dòng)力室、冷卻室。動(dòng)力室是 發(fā)電車的心臟，裝有三套3 0 0 k w 的柴油發(fā)電機(jī)組；控制室是發(fā)電車的操作中心，設(shè)有四 個(gè)控制屏，可遠(yuǎn)程控制機(jī)組的啟停以及對(duì)外的配供電，并可從相應(yīng)儀表上監(jiān)控機(jī)組的運(yùn) 行狀態(tài)參數(shù)。 康明斯發(fā)電車柴油機(jī)在運(yùn)行中可實(shí)現(xiàn)以下保護(hù)： 超速停機(jī)保護(hù)：17 2 5 r p m 高水溫停機(jī)保護(hù)：1 0 2 。c 低油壓停機(jī)保護(hù)：8 3 k p a 低水溫報(bào)警保護(hù)：4 0 高水溫報(bào)警保護(hù)：9 5 。c 低油壓報(bào)警保護(hù)：1 3 5 k p a 2 2 康明斯柴油機(jī)的主體結(jié)構(gòu) 康明斯發(fā)電車采用康明斯k t a 1 9 g 2 型柴油機(jī)，其型號(hào)中k 表示康明斯公司k 系列 柴油機(jī)( k 系列：缸徑?jīng)_程= 1 5 9 m x 1 5 9 m m ) ，t 表示增壓( 發(fā)電車為廢氣渦輪增壓) ， a 表示空氣中間冷卻，1 9 表示汽缸總排量為1 9 升( 1 8 9 升，即1 1 5 0 立方英寸) ，g a 示 該柴油機(jī)作發(fā)電機(jī)組用，2 表示該柴油機(jī)為第二次改進(jìn)。其柴油機(jī)的外型視圖如圖2 1 4 科碩k 學(xué)位論文 與2 2 所示。 圖2 1k t a - - 1 9 g 2 柴油機(jī)左視圖 1 中冷器2 調(diào)速控制箱( 移至控制屏內(nèi)) 3 空濾4 轉(zhuǎn)速傳感器5 油壓傳感器6 機(jī) 油全濾器7 油標(biāo)尺8 通風(fēng)管9 柴濾( 后部油底殼上有油溫傳感器和機(jī)油加熱器) 1 0 硅油減振器( 內(nèi))1 1 p t 泵飛輪( 內(nèi))1 2 p t 泵( 帶電磁閥) 1 3 齒輪殼1 4 凸輪軸( 內(nèi)) 1 5 盤車軸 圖2 2k t a 一1 9 g 2 柴油機(jī)右視圖 1 空氣阻力指示器2 廢氣渦輪增壓器3 高溫出水管4 曲軸箱通風(fēng)器5 = 爺溫器殼6 水溫傳 感器7 排氣歧管8 d c 2 4 v 硅整流充電發(fā)電機(jī)9 水泵1 0 機(jī)油泵1 1 d c a 水濾】2 機(jī)油冷卻器 13 水加熱器1 4 起動(dòng)馬達(dá)1 5 機(jī)油旁通濾清器 5 機(jī)體是用來(lái)安裝柴油機(jī)所有固定件和運(yùn)動(dòng)件的剛性構(gòu)架，它采用優(yōu)質(zhì)合會(huì)狄鑄鐵經(jīng) 整體鑄造而成。油底殼起著儲(chǔ)存機(jī)油的作用，在油底殼左右側(cè)設(shè)有磁性的放油堵，柴油 機(jī)左側(cè)設(shè)有油標(biāo)尺，用來(lái)檢查潤(rùn)滑油位，保證機(jī)組正常潤(rùn)滑。在機(jī)體左側(cè)的油底殼中， 設(shè)有檢測(cè)機(jī)油溫度的傳感器。 。 汽缸蓋安裝于機(jī)體上部，它的主要作用是密封汽缸上平面，并與汽缸套及活塞頂部 構(gòu)成燃燒室空間。該柴油機(jī)汽缸蓋是一缸一蓋，每個(gè)汽缸蓋上有四個(gè)氣門( 雙排雙進(jìn)) ， 四個(gè)氣門中間是燃油噴油器孔，其上還布置有進(jìn)、排氣通道和冷卻水腔。 汽缸套安裝于機(jī)體汽缸座中，對(duì)活塞起導(dǎo)向作用。發(fā)電車柴油機(jī)采用濕式汽缸套， 冷卻水流動(dòng)于缸套與機(jī)體水腔之間，再?gòu)臋C(jī)體出水孔進(jìn)入汽缸蓋。內(nèi)表面為圓筒形狀， 表面經(jīng)過(guò)磷化與研磨處理有很高的防腐能力和抗磨性能。在缸套底部有一凸出圈環(huán)帶， 上裝有3 個(gè)嗣熱耐油的“o ”型橡膠密封圈。 活塞的頂部與汽缸套、汽缸蓋共同組成一燃燒室，并在做功沖程中，將燃?xì)獾膲毫?通過(guò)連桿傳給曲軸。發(fā)電車柴油機(jī)活塞采用耐熱性和耐磨性良好的共晶硅鋁合金鑄造。 活塞環(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。發(fā)電車柴油機(jī)采用二道直切口的梯形氣環(huán)和一道內(nèi)撐彈 簧式油環(huán)，氣環(huán)在上油環(huán)在下。活塞環(huán)的主要起密封、傳熱、支承、導(dǎo)向、刮油并使油 均勻分布的作用。當(dāng)活塞環(huán)安裝在活塞上時(shí)，應(yīng)按規(guī)定將各環(huán)的開(kāi)口處互相錯(cuò)開(kāi)( 一般 是互相錯(cuò)開(kāi)1 8 0 ?；? 2 0 。) ，以免漏氣，還要注意不要將開(kāi)口處放置在活塞銷軸向面和 垂直面上。 連桿上連活塞下連曲軸，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，連桿受到很大的氣體壓力和往復(fù)慣性力 及擺動(dòng)力矩的作用。連桿桿身為工字形，桿身內(nèi)部還鉆有油孔，用以將潤(rùn)滑油引至活塞 銷。 曲軸作用是向外輸出扭矩以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電和柴油機(jī)自身的一些附件。發(fā)電車柴油 機(jī)曲軸采用4 2 c r m o a 合金鋼鍛造后經(jīng)全纖維擠壓成形而成的整體式曲軸，曲軸自由端裝 有曲軸齒輪、法蘭和減振器，輸出端裝有飛輪。發(fā)電車柴油機(jī)的發(fā)火順序?yàn)閘 一5 3 6 2 4 ，發(fā)火間隙為1 2 0 。曲軸轉(zhuǎn)角。 飛輪位于柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)相連的連接箱內(nèi)，它是一個(gè)帶有1 4 2 個(gè)齒的鐵輪子，它的 功用主要是貯能、測(cè)速和起動(dòng)。在左側(cè)的飛輪殼上安裝有一個(gè)測(cè)速傳感器，測(cè)速傳感 器感應(yīng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)每一個(gè)飛輪齒旋轉(zhuǎn)通過(guò)磁性轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，就會(huì)在線 圈內(nèi)產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)發(fā)生的頻率就可反應(yīng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。 2 3 柴油機(jī)的輔助系統(tǒng)， 配氣機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)換氣過(guò)程的控制機(jī)構(gòu)，是根據(jù)柴油機(jī)汽缸的發(fā)火順序和配氣相 位，準(zhǔn)確、及時(shí)地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門。發(fā)電車柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)由氣門機(jī)構(gòu)和氣門 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。具體部件的結(jié)構(gòu)形狀如圖2 3 所示。 圖2 - - 3 配氣機(jī)構(gòu)工作簡(jiǎn)單示意圖 進(jìn)排氣系統(tǒng)的作用是向汽缸提供清潔充足的空氣，同時(shí)盡可能干凈地排出汽缸中燃 燒膨脹作功以后的廢氣。發(fā)電車柴油機(jī)上采用了廢氣渦輪增壓加中冷的方式來(lái)提高進(jìn)氣 量，廢氣渦輪增壓是指廢氣渦輪增壓器利用柴油機(jī)汽缸排出的廢氣推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng) 增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)提高進(jìn)入汽缸的氣體壓力，從而來(lái)提高進(jìn)氣密度。 康明斯k 系列柴油機(jī)采用獨(dú)家特有的p t 燃油系統(tǒng)，p t 燃油系調(diào)節(jié)噴入汽缸中的供油 量所依據(jù)的基本原理是：液體通過(guò)某一通道的斷面流量是與液體的壓力、流過(guò)的時(shí)間和 液體流過(guò)的管道的截面尺寸成正比的。p t 燃油系統(tǒng)中噴油器量孔的通道橫截面積可以認(rèn) 為是不變的，噴入燃油的計(jì)量時(shí)間取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，計(jì)量時(shí)間不變， 此時(shí)只要改變油壓即可調(diào)節(jié)噴油量。 k t a 一1 9 g 2 型柴油機(jī)裝有機(jī)械式和電子式相結(jié)合的調(diào)速器。機(jī)械式調(diào)速器安裝在p t 泵內(nèi)部，為怠速和高速( 兩極式) 機(jī)械離心式調(diào)速器，它利用不同轉(zhuǎn)速下飛錘的離心力 大小不同，推動(dòng)調(diào)速軸的里外伸縮，控制泵內(nèi)出油口大小，進(jìn)而改變進(jìn)出油口的油壓差， 控制每循環(huán)油量。 在p t 泵燃油出口處有一個(gè)電磁和手動(dòng)兩用的電磁閥，它的功用是停機(jī)時(shí)來(lái)切斷供至 噴油器的燃油通路。發(fā)電車上電磁閥采用d c 2 4 v 控制，為常閉式。當(dāng)電氣故障時(shí)，起機(jī) 時(shí)可擰進(jìn)手動(dòng)旋鈕迫使閥板頂開(kāi)，需緊急停機(jī)時(shí)將旋鈕退出使之?dāng)嘤屯C(jī)。 在柴油機(jī)中，機(jī)油主要起著潤(rùn)滑作用、冷卻作用、清洗作用、減震作用、密封作用 和防銹作用，發(fā)電車柴油機(jī)采用壓力式潤(rùn)滑，其特點(diǎn)是機(jī)油通過(guò)機(jī)油泵加壓，再經(jīng)過(guò)冷 卻、濾清后供給柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)件潤(rùn)滑。發(fā)電車柴油機(jī)機(jī)油系統(tǒng)由油底殼、機(jī)油泵、機(jī)油冷 卻器、機(jī)油全程濾清器、機(jī)油旁通濾清器和有關(guān)機(jī)油管路組成。在發(fā)電車上，通過(guò)油底 殼的機(jī)油溫度傳感器檢測(cè)柴油機(jī)機(jī)油的溫度，通過(guò)機(jī)油全濾器座上的油壓傳感器檢測(cè)機(jī) 油工作壓力，并有低油壓報(bào)警和低油壓停機(jī)兩傳感器保護(hù)機(jī)器。 發(fā)電車柴油機(jī)采用較為普遍使用的水冷卻方式，通過(guò)冷卻水的流動(dòng)，帶走汽缸套、 汽缸蓋等高溫部件的溫度，以保證機(jī)組工作在一定的溫度范圍內(nèi)。冷卻系統(tǒng)由柴油機(jī)內(nèi) 和機(jī)外兩部分組成，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有三類水溫傳感器，它們分別是安裝在節(jié)溫器殼上的水溫 樣碩十學(xué)位論文 表傳感器、高水溫報(bào)警傳感器( 9 5 。c ) 、高水溫停機(jī)傳感器( 1 0 2 。c ) 和安裝在冷卻水 管路中的冷卻風(fēng)機(jī)自動(dòng)起停控制傳感器( 8 5 。c 矛u 6 54 c ) 。康明斯發(fā)電車的冷卻水是一個(gè) 封閉式循環(huán)，當(dāng)不同溫度時(shí)，節(jié)溫器會(huì)控制冷卻水的流向，因此有了以下的大小循環(huán)的 區(qū)別。 、 大循環(huán)： 廠d 淋濾t 撇糊器一敞扣黼蓋一黼中梏 l 啼才毛琴j 啼空氣中間冷卻器呻節(jié)溫影o k n 開(kāi)) l 一散熱器j 小循環(huán)： 廣砌水溏- 廣一機(jī)油冷卻器汽缸套，汽缸蓋一高溫半水管 l ，才毛豕上空氣中問(wèn)冷卻器，節(jié)溫器+ ( 小閥開(kāi)) 。【。一 節(jié)溫器位于柴油機(jī)自由端，它的作用是隨柴油機(jī)水溫的高低自動(dòng)改變流經(jīng)散熱器的 水量大小，以保證柴油機(jī)處于最佳溫度( 7 4 9 1 ) 下工作。發(fā)電車柴油機(jī)是采用蠟式節(jié) 溫器，它的基本原理是利用蠟管中蠟的熱脹冷縮來(lái)控制其上的大小閥門開(kāi)度大小，從而 來(lái)改變冷卻水大小循環(huán)的水量大小。當(dāng)水溫低于7 6 。c 時(shí)，全為小循環(huán)，當(dāng)水溫高于8 6 時(shí)，全為大循環(huán)，當(dāng)水溫介于兩者間時(shí)，冷卻大小循環(huán)同時(shí)進(jìn)行。 2 4 柴油機(jī)的調(diào)速控制與啟動(dòng) 發(fā)電車上電子調(diào)速( e f c ：e l e c t r o n i c - - f u e l - - c o n t r 0 1 ) 系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)負(fù)載的大 小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)每循環(huán)的供油量，從而控制轉(zhuǎn)速。發(fā)電車上的調(diào)速原理簡(jiǎn)述如下： 電子調(diào)速器主要由電磁測(cè)速傳感器、調(diào)速控制器、執(zhí)行器三部份組成。發(fā)電機(jī) 組運(yùn)行時(shí)，由轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化情況。裝在飛輪殼上上轉(zhuǎn)速傳感 器頭部距飛輪齒頂約1 2 7 r a m ，當(dāng)每一個(gè)齒旋轉(zhuǎn)通過(guò)磁性轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，就會(huì)在線圈 內(nèi)產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)發(fā)生的頻率就可反應(yīng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，如齒數(shù)為1 4 2 齒 時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1 5 0 0 r p m 時(shí)，則傳感器每秒鐘測(cè)到3 5 5 0 個(gè)電脈沖。這個(gè)高頻信號(hào)送 入調(diào)速控制器，該信號(hào)與預(yù)先設(shè)置的3 5 5 0 h z 的參考信號(hào)作比較，如果頻率有偏差， 則改變通往執(zhí)行器的電流大小，來(lái)改變油門大小，從而改變流向噴油器的燃油壓力， 以改變噴入氣缸中的燃油量來(lái)控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速或功率。整個(gè)調(diào)速控制原理如圖2 4 所示。 8 圖2 4 發(fā)電車調(diào)速控制原理圖 轉(zhuǎn)速傳感器安裝在飛輪殼左側(cè)，為永久磁芯上繞著線圈，通過(guò)導(dǎo)磁性外殼在端部形 成磁極，當(dāng)端部有導(dǎo)磁性齒輪經(jīng)過(guò)時(shí)，線圈中感應(yīng)脈沖，脈沖代表齒輪的轉(zhuǎn)速，即柴油 機(jī)的轉(zhuǎn)速。它主要提供控制板( 調(diào)速板) 、超速板和轉(zhuǎn)速表的電信號(hào)輸入。線圈電阻： 3 0 0 q ，電感：9 8 毫亨( 1 0 0 0 h z 時(shí)) ，輸出電壓：a c1 5 3 0 v ，工作溫度：- - 5 5 1 0 5 。安裝時(shí)傳感器旋入頂緊飛輪齒端，退出1 2 3 4 圈，鎖緊，此時(shí)間隙約為o 7 1 1 m m ，此時(shí)旋入則感應(yīng)電壓上長(zhǎng)，退出則壓電壓下降。 執(zhí)行器的作用原理為線圈內(nèi)通直流電，銜鐵的斜口端( 外端) 產(chǎn)生扭矩與彈簧力平 衡，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整出油口的開(kāi)口大小，從而使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。執(zhí)行器為常閉 式。執(zhí)行器的控制電壓為直流2 4 v ，線圈電感為1 2 0 _ _ _ 2 0 毫亨，反應(yīng)時(shí)間為1 5 毫秒。 執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)一般會(huì)是游車或飛車。 發(fā)電車上常用如圖2 5 所示的儀表箱( 機(jī)組面板上是沒(méi)有中文的) 。 在面板上部是一排報(bào)警指示燈，左邊是停機(jī)報(bào)警指示燈( s h u t d o w n ) ，主要有超 速停機(jī)( o v e rs p e e d ) ：1 7 2 5r p m 、低油壓停機(jī)( l o wo i lp r e s s ) ：8 3 k p a 、高水溫停機(jī) ( c o o l l a n t ：h i g hw a t e ry e m p ) ：1 0 2 。c 、遙控停機(jī)( r e m o t es t o p ) ，當(dāng)出現(xiàn)上述幾種情 況停機(jī)時(shí)，紅色指示燈就會(huì)亮，發(fā)出光報(bào)警。右邊是四盞預(yù)報(bào)警指示燈，主要有低油壓 ( l o wo i lp r e s s ) ：1 2 4 k p a 、機(jī)器高溫( h i g he n g i nt e m p 、實(shí)際上是高水溫) ：9 5 、 低水溫( l o ww a t e rt e m p ) ：4 0 。c ，還有兩個(gè)一個(gè)是試燈( l a m pt e s t ) ，另一一個(gè)是試燈 按鈕。中問(wèn)是6 個(gè)儀表指示，依次為：油壓表( o i lp r e s s ) 、轉(zhuǎn)速表( t a c h ) 、油 溫表( o i lt e m p ) 、2 4 v 電壓表b a t t e r y ) 、機(jī)組運(yùn)行時(shí)i 司記錄表( h o u r s ) 、水 溫表( w a t e rt e m p ) 。整個(gè)儀表箱中儀表的系統(tǒng)原理圖如下( 圖2 6 ) ： 圖2 6 柴油機(jī)儀表系統(tǒng)原理圖 發(fā)電車上所使用的所有康明斯儀表都采用正交線圈型儀表，正交線圈的原理如下： 二個(gè)正交的線圈，一個(gè)線圈通恒定直流電流，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)( b o ) ，另一個(gè)9 0 。線圈和 傳感器串聯(lián)，其電流隨傳感器的阻值( 即溫度、壓力的變化) 而變化( b l 、b 2 ) ，二線 圈中的磁鐵隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，指向合成方向b 1 或b 2 ，轉(zhuǎn)動(dòng)角度即代表相應(yīng)的溫度或壓力值， 如圖2 7 所示。 圖2 7正交線圈的原理 正交線圈型儀表具有以下的特點(diǎn)：線圈固定，磁鋼片帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重 量輕、耐振、壽命長(zhǎng)，壽命達(dá)5 0 0 0 1 0 0 0 0 小時(shí)；在2 0 v 3 2 v 間電壓時(shí)，都能正常指 示?？得魉共裼蜋C(jī)上的幾個(gè)儀表正常工作時(shí)的狀態(tài)如下表： 發(fā)電車上油壓與油溫傳感器安裝在機(jī)油全程濾清器座上方，水溫傳感器安裝在節(jié)溫 器殼上，轉(zhuǎn)速傳感器安裝在左側(cè)飛輪殼上。溫度傳感器是負(fù)電阻式( 溫度增加傳感器電 阻減小) 熱敏電阻，壓力傳感器為滑線電阻式。 調(diào)速控制板簡(jiǎn)稱調(diào)速板，是柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、發(fā)電的關(guān)鍵器件，一旦損壞， 江蘇人學(xué)，r 群碩十學(xué)位論文 將直接造成無(wú)法發(fā)電而影響列車的正常供電。因此了解調(diào)速板的結(jié)構(gòu)與原理十分重要。 發(fā)電車上所用的調(diào)速板一般為常閉式，調(diào)速板上安裝的調(diào)速控制器有四個(gè)電位計(jì)， 供進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整用，他們依次是： g a i n ：增益控制調(diào)整旋鈕。 d r o o p ：轉(zhuǎn)速降控制旋鈕又叫調(diào)速率電位計(jì)。 i d l es p d ：怠速控制調(diào)正旋鈕。 r u ns p d ：在康明斯資料中稱為高怠速，實(shí)際上是空載轉(zhuǎn)速。 超速保護(hù)的目的是防止電機(jī)轉(zhuǎn)子飛損。發(fā)電機(jī)飛車設(shè)定一般為+ 2 0 ，柴油發(fā)電機(jī) 組一般設(shè)為1 5 ，即發(fā)電車為1 7 2 5 r p m 。超速板的命名是速度開(kāi)關(guān)板，超速板原理：轉(zhuǎn) 速傳感器接收到柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)頻率一電壓變換器( f v ) 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信 號(hào)，以限壓電阻產(chǎn)生電壓，和設(shè)定的電位器( c w ) 比較，在相應(yīng)轉(zhuǎn)速上繼電器動(dòng)作， 發(fā)出燈指示，繼電器觸點(diǎn)供外電路使用。 當(dāng)同時(shí)按下起機(jī)按鈕( c r a n k ) 時(shí)，電壓表下跌到2 2 v 或以下( 但不能低于1 9 v ) ， 聽(tīng)到馬達(dá)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速表顯示2 5 0 3 5 0 r p m ，一般可在1 3 秒內(nèi)引爆，后立即松開(kāi) c r a n k 撥鈕，隨即當(dāng)?shù)陀蛪簾魷鐣r(shí)，松開(kāi)三位開(kāi)關(guān)。起動(dòng)成功后，轉(zhuǎn)速迅速上升，達(dá) 到6 0 0 7 0 0 r p m ，機(jī)器怠速運(yùn)行，此時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)速會(huì)慢點(diǎn)，特別是氣候較冷時(shí)。油壓表指 向o 3 o 4 m p a ，計(jì)時(shí)表開(kāi)始走動(dòng)，主發(fā)電機(jī)電壓1 2 0 2 0 0 v ，頻率表無(wú)變化( 實(shí)際上 并非無(wú)頻率，而在2 0 h z 左右) ，充電發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，電壓表電壓緩緩上升到2 8 v 。 當(dāng)將機(jī)器怠速運(yùn)行開(kāi)關(guān)打到運(yùn)行位時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，發(fā)出巨響，很快升 到1 5 0 0 r p m ，主發(fā)電機(jī)電壓升到4 0 0 v 左右，頻率表升到5 1 h z 左右，超速板中燈亮， 油壓上升到o 4 o 6 m p a ，油溫、水溫表上升，油溫在6 0 9 0 間，水溫在5 0 8 5 間。當(dāng)負(fù)載加大時(shí)，油溫、水溫都將適當(dāng)上升。 江拐：人學(xué)程碩1 一學(xué)位論文 第三章數(shù)據(jù)采集一般知識(shí) 3 1 傳感器技術(shù) 廣義上講，傳感器是一種能把特定的信息( 物理、化學(xué)、生物) 按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成 某種可用信號(hào)輸出的裝最，狹義上講，能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)輸出的器件， 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)o b 7 6 6 5 8 7 對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律 轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè) 裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信 號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等 要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 3 1 1 傳感器的類別 隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用的普及，世界上傳感器品種達(dá)到3 萬(wàn)余種。傳感器 種類繁多，有多種分類方法，簡(jiǎn)述如下： 1 、按被測(cè)量分類：包括物理量、化學(xué)量和生物量傳感器； 2 、按測(cè)量原理分類：包括電壓式傳感器、電阻式傳感器、電流式傳感器等； 3 、按輸出信號(hào)型式分類：包括數(shù)字傳感器和模擬傳感器； 4 、按電源型式分類：包括無(wú)源傳感器和有源傳感器： 5 、按制造工藝分類：包括集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器和陶瓷傳感器； 6 、按所用材料分類：包括金屬、聚合物、陶瓷和混合物； 7 、按材料的物理性質(zhì)分類：包括導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體和磁性材料； 8 、按材料的晶體結(jié)構(gòu)分類：包括單晶、多晶和非晶材料。 3 1 2 傳感器的特性 傳感器的特性包括動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性、靈敏度、分辨力等。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅?在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn) 輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得， 并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知 道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感 器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻 刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度( 非線性誤差) 就 是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸 出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論 直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y 對(duì)輸入量變化x 的比值。它 是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，m 0 靈敏度s 是一個(gè)常數(shù)，否則它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之 比。例如，某位移傳感器，在位移變化l m m 時(shí)，輸出電壓變化為2 0 0 m v ，則其靈敏度應(yīng) 表示為2 0 0 m y m m 。當(dāng)傳感器的輸m 、輸入量的量綱相同時(shí)靈敏度可理解為放大倍數(shù) 提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈 差。 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力，也就是說(shuō)，如果輸入量 從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變 化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)， 其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿 量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述 指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 遲滯特性表征傳感器在正向( 輸入量增大) 和反向( 輸入量減小) 行程間輸出輸入 特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值a m a x 與滿量程輸出f s 的百分比表示，遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。 3 1 3 傳感器的選用原則 傳感器千差萬(wàn)別，即便對(duì)于相同種類的測(cè)定量也可采用不同工作原理的傳感器，因 此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。 l 、測(cè)量條件 如果誤選傳感器，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的 目的以及采用傳感器的必要性，絕對(duì)不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感器。測(cè)量 條件主要有即測(cè)量目的、測(cè)量量程選定、測(cè)量的范圍、輸入信號(hào)的帶寬、要求的精度， 測(cè)量所需要的時(shí)間、過(guò)輸入發(fā)生的頻繁程度等。 2 、傳感器的性能 選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度，模擬信號(hào) 或者數(shù)字信號(hào)，輸出量及其電平，被測(cè)對(duì)象特性的影響，校準(zhǔn)周期，過(guò)輸人保護(hù)。 3 、傳感器的使用條件 傳感器的使用條件即為設(shè)置的場(chǎng)所，環(huán)境( 濕度、溫度、振動(dòng)等) ，測(cè)量的時(shí)j t 白j ，與 顯示器之間的信號(hào)傳輸距離，與外設(shè)的連接方式，供電電源容量。 3 2a d 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 3 2 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換原理 數(shù)字系統(tǒng)只能對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，其輸出亦為數(shù)字量，而我們?cè)趯?shí)際中碰 到的備種變量如壓力、溫度、速度、流量，天線轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角、仰角等等，大都是連續(xù)變 1 3 化的模擬量，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)各種自然物理量的檢測(cè)、運(yùn)算和控制，在工程上可以通 過(guò)傳感器、換能器將這些連續(xù)變化的物理量變成與之相應(yīng)的電壓、電流或頻率等電模擬 量，再通過(guò)模擬量與數(shù)字量之問(wèn)的相互轉(zhuǎn)換，即把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以適應(yīng)數(shù)字系 統(tǒng)的工作，數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字量亦需要轉(zhuǎn)換為模擬量才便于運(yùn)用。 我們把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程稱為模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換，把完成這種轉(zhuǎn)換的裝置稱 為模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器( a n a l o gt od i g i t a lc o n v e r t e r ) ，簡(jiǎn)稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器或a d c ( a d ) ；把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過(guò)程稱為數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換，把完成這種轉(zhuǎn)換的裝置稱 為數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器( d i g i t a lt oa n a l o gc o n v e r t e r ) ，簡(jiǎn)稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器或 d a c ( d a ) 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過(guò)取樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟： 所謂取樣，是對(duì)一個(gè)時(shí)間上和量值上連續(xù)變化的模擬量按一定的時(shí)間間隔抽取樣 值。因此所謂將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)際上只能將模擬信號(hào)的有限個(gè)取樣值( 即 離散的模擬量) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。同時(shí)，為了保證轉(zhuǎn)換的確定性，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中取樣值 應(yīng)保持不變，這就是保持過(guò)程。量化過(guò)程是一種非線性過(guò)程，它是將幅度連續(xù)變化的輸 入信號(hào)變換成一組幅度不連續(xù)的輸出信號(hào)，即數(shù)字量。因取樣一保持電路輸出的信號(hào)本 質(zhì)上仍然是模擬信號(hào)，若用一單位量去測(cè)量它并取其整數(shù)，對(duì)于不足一個(gè)測(cè)量單位的剩 余部分采取近似處理，然后將測(cè)得的數(shù)值用一個(gè)二進(jìn)制代碼表示，這就是從模擬到數(shù)字 的轉(zhuǎn)換過(guò)程。一般把取整量的過(guò)程叫做量化，量化過(guò)程產(chǎn)生的誤差稱為量化誤差；把用 代碼表示量化電壓的過(guò)程稱為編碼。應(yīng)注意，一個(gè)給定的數(shù)字輸出對(duì)應(yīng)于一個(gè)小范圍的 信號(hào)輸入，而不是只對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)有效，這個(gè)范圍就是代碼的“寬度”。為了得到理想性 能，每個(gè)代碼的寬度( 極值處除外) ，應(yīng)該為一個(gè)l s b 寬，當(dāng)寬度在3 2 * l s b 到i 2 * l s b 之間變化時(shí)，其性能一般是允許的。如果一個(gè)代碼的寬度變窄到使其消失的程度，則此 模數(shù)轉(zhuǎn)換器將不會(huì)輸出那個(gè)代碼，即形成“失碼”，這是不容許的。 常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換有：逐次逼近比較型a d 轉(zhuǎn)換器、雙積分型a d 轉(zhuǎn)換器。逐次逼 近比較式d v m 的準(zhǔn)確度由基準(zhǔn)電壓、d a 轉(zhuǎn)換器及比較器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度所決定。轉(zhuǎn) 換時(shí)間是由時(shí)鐘脈沖頻率和輸出數(shù)碼的位數(shù)決定，特點(diǎn)是測(cè)量速度較快，每秒可達(dá)數(shù)千 次；但對(duì)混入被測(cè)電壓中的干擾抑制能力較差；雙積分式d v m 的準(zhǔn)確度主要取決于比較 基準(zhǔn)電壓的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，而與積分參數(shù)r c 無(wú)關(guān)；雙積分式d v m 對(duì)串入的對(duì)稱性交 變干擾有很強(qiáng)的抑制能力，但轉(zhuǎn)換速度慢。 3 2 2 a d 轉(zhuǎn)換卡的分類 按照采集信號(hào)的類型分：模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、定b , i 計(jì)數(shù)等三種； 按照采樣速度可分成低速、中速和高