专利名称：用于气体测量的高灵敏涡流动量计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于内燃机气道性能检测装置，具体涉及到气道稳流试验时，用于衡
量内燃机缸盖气道流动特性的一种高灵敏涡流动量计。
背景技术：
发动机为了获得良好的动力性、经济性和排放特性，要求发动机的气缸盖必须有足够高的流量系数和合适的涡流比、滚流比等参数，因此气道试验台历来就是发动机开发、和发动机质量检测的重要工具。内燃机气道流动性能稳流试验台包括工作台，气流管道，孔板流量计、涡流动量计等一套较复杂的流动测试系统，内燃机气道稳流试验时，要求模拟发动机气缸盖气门连续或断续打开气门，在每一个控制点，严密测试此时的气门开启量，气体流量，气道两端的压差、气体扭矩等与气道流量系数、涡流比等有关的参数。其中测试气体流量、气体扭矩大小的主要装置为流量计和涡流动量计。在每一个试验控制点下，流量计测量气体流量的大小，涡流动量计测量扭矩大小，这两个数据直接决定了气道的流动性能参数如流量系数、涡流比等。 如上所述，涡流动量计是气道试验台的主要组成部分之一，如果测试结果的精确性较差，会直接对内燃机气道开发造成不利的影响，而当前用于内燃机缸内稳态流动测量用的动量计，普遍对气流尤其是低气门升程下的气流产生的微小扭矩反映不灵敏，测量精确度不高，造成这种结果的原因是多方面的，但主要原因是扭矩传递系统的重力以及扭矩传递系统本身的不平衡造成的摩擦力导致了气体能量传递到扭矩传感器的过程中出现了能量损失，并且导致了扭矩传递过程中反应不灵敏，尽管气体能量损失的绝对值很小，但是相对于气体尤其是低气门升程下气流产生的扭矩值来说，影响还是非常大。因此，高灵敏性动量计利用浮力，通过简单的机构既抵消了重力，又便于实现静平衡，从而部分减少了气体能量损失，从而使得动量计具有了高灵敏性并具有更高精确性。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于衡量内燃机缸盖气道流动特性的涡流动量计，使其具有高灵敏性和高精确性。
以下结合附图对本实用新型的技术结构及原理予以说明。高灵敏涡流动量计主要分为重力抵消装置、扭矩传递装置和静态标定装置三个部分。重力抵消装置主要包括气泡水平仪、扭矩传递轴、蜂窝体、外罩、相应的紧固螺栓、塑料浮子环以及、动量计壳体上的凹槽等；扭矩传递装置主要包括动量计壳体、扭矩传递轴、定位盘、相应的紧固螺栓、轴承、扭矩传感器、扭矩传感器固定盘等；静态标定装置主要包括标定连杆以及滑轮等。[0006] 在动量计壳体上部是重力抵消装置。蜂窝体、外罩分别通过紧固螺栓和紧固件与扭矩传递轴连接为一整体置于动量计壳体内，动量计壳体上端有一凹槽，凹槽装有硅油，塑料浮子环放在硅油上。为了测量气体的涡流强度，蜂窝体的作用是把进入动量计的涡流转换为绕蜂窝体轴心转动的动力。当蜂窝体等产生转动时，由塑料浮子环在硅油上产生的浮力来抵消整个扭矩传递系统的重力，因为在动量计壳体上端设有玻璃观察窗，通过观察窗查看硅油量是否合适，从而调节硅油量以控制浮力的大小，同时为了保证重力与扭矩传递轴的轴心在一条直线上，通过气泡水平仪来调整动量计的上顶面始终处于水平位置。[0007] 在动量计壳体中间部位是扭矩传递部分。定位盘用锁紧螺栓与动量计壳体紧固，定位盘的上、下端分别装有轴承。定位盘的作用是用来保证扭矩传感器的轴心与扭矩传递轴的轴心具有很好的同轴度。因为定位盘套装在扭矩传递轴上，所以要求定位盘系统与动量计壳体内中心具有很高的同轴度，以保证整个扭矩传递系统的平衡性。当气流经过蜂窝体时，由于气流流动的特性以及蜂窝体的柱状结构，会产生一个扭矩信号，该信号经过扭矩传递轴传递给扭矩传感器。 在动量计壳体下端是静态标定装置。作为径向扭矩传递的标定连杆套装在定位盘下端的扭矩传递轴上。标定连杆采用了对称结构，用定位螺栓与扭矩传递轴紧固，外端穿过动量计壳体。扭矩传感器固定在扭矩传感器固定盘的中心，与动量计同轴。扭矩传递轴下端的扭矩传递件以"十字交叉轴"方式悬浮在扭矩传感器上方，扭矩传感器用固定盘固定在动量计壳体下端。标定连杆端头两侧设有滑轮标定时，将砝码栓在标定连杆外端，通过其中一侧的滑轮将砝码的重力转换为与标定连杆相垂直的径向方向的力。如将砝码放在另一侧的滑轮，可以得到反方向的扭矩。
图1为本实用新型结构原理示意图。[0010] 图2为扭矩传递装置拆解示意图。[0011] 图3为静态标定装置外部示意图。 图4为动量计输出AD量化值与动量计扭矩对应关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本实用新型的原理结构做进一步的说明。[0014] 用于气体测量的高灵敏涡流动量计包括蜂窝体、扭矩传递轴、外罩、紧固螺栓、动量计、滑轮等。蜂窝体1为圆柱形，蜂窝体置于外罩2内，由紧固螺栓3将蜂窝体与外罩固定。扭矩传递轴4顶端设有外螺纹，蜂窝体紧固件5设有内螺纹，蜂窝体1由中心紧固螺栓6和蜂窝体紧固件5与扭矩传递轴4同心紧固。为防止蜂窝体紧固件在扭矩传递轴上松动，蜂窝体紧固件5与扭矩传递轴4设有定位螺丝。动量计壳体7上端设有凹槽8，凹槽装有硅油，塑料浮子环9置于凹槽内。蜂窝体1及外罩2组装在动量计壳体7内。扭矩传递轴4套装有定位盘10，定位盘用定位盘锁紧螺栓11与动量计壳体7紧固，定位盘10上下端分别装有上轴承12和下轴承13。标定连杆14套装于定位盘10下端的扭矩传递轴4上，标定连杆内端用标定杆定位螺栓15与扭矩传递轴4紧固；标定连杆外端头穿过动量计壳体7，标定连杆外端两侧各设有一个滑轮16，标定连杆外端头通过细绳绕过滑轮16栓有砝码23。扭矩传感器17通过扭矩传感器螺栓18固定在扭矩传感器固定盘19的中心，与动量计同轴。扭矩传递轴4下端的扭矩传递件20以"十字交叉轴"方式悬浮在扭矩传感器17上方，在静止状态下之间不发生接触，扭矩传感器固定盘19用固定盘螺栓21紧固在动量计壳体7下端。动量计壳体7外端设有玻璃观察窗22，动量计壳体上顶面镶嵌有气泡水平仪24。
4[0015] 蜂窝体为柱行圆盘结构，组装时先将蜂窝体、浮子环、轴系等组装完成，将其水平支撑在轴承架上，能使其自由转动。圆周方向较重的方位在重力作用下必然自动转动到下面。表明它尚未达到静平衡。可以在框架外周贴附配重的办法。使之达到静平衡。去掉配重并称该配重的实际重量，例如配重为2g，量出它距轴心的距离为10mm，则得知不平衡力矩为20g.cm。用油漆作标记，标明部位和静平衡的力矩值20g.cm。取下浮子环，在框架上油漆标记的对称部位钻孔，去掉相应的重量，使之达到静平衡。 具体标定时，扭矩传递轴转动通过扭矩传递件与扭矩传感器接触，用来模拟气流进入蜂窝体所产生的扭矩。改变砝码23的重量可以得到不同的对应值，再将砝码放在另一侧的滑轮，可以得到反方向的扭矩。然后改变砝码的重量再重新检测，两组数据的数值与砝码重量产生的扭矩均呈线性关系(如图4)，该数据为原始数据，通过试验根据扭矩传感器得到的数值就能从原始数据中通过差值法得到真实的扭矩值。 本实施例标定连杆外端部的小孔到扭矩传递轴轴心的距离为100mm，将5g砝码栓在标定连杆外端。蜂窝体带动扭矩传递轴旋转产生的一个5m N.m的扭矩，这时可以从扭矩传感器上得到一个对应的数值，将5g的砝码更改为10g，又可以从扭矩传感器上得到一个对应的数值，改变砝码的重量可以得到不同的数值。然后将不同的砝码放在另一边的滑轮，以模拟反方向的扭矩，按上述方法再做一遍，可以得到另一组反方向的数值。例如气流流入蜂窝体由扭矩传感器得到了 一个AD量化值11000， AD值表示将扭矩传感器输出电信号转化为数字信号，那么这时的真实扭矩值为正向(俯视、顺时针)28mN. m。[0018] 本实用新型的特点和有益的效果在于高灵敏性动量计利用浮力，通过简单的机构既抵消了重力，又便于实现静平衡，从而部分减少了气体能量损失，从而使得动量计具有了高灵敏性并具有更高精确性。
权利要求一种用于气体测量的高灵敏涡流动量计，包括蜂窝体、扭矩传递轴、外罩、紧固螺栓、动量计、滑轮，其特征在于蜂窝体(1)为圆柱形，蜂窝体置于外罩(2)内，由紧固螺栓(3)将蜂窝体与外罩固定，扭矩传递轴(4)顶端设有外螺纹，蜂窝体紧固件(5)设有内螺纹，蜂窝体(1)通过中心紧固螺栓(6)和蜂窝体紧固件(5)与扭矩传递轴(4)同心紧固，蜂窝体紧固件(5)与扭矩传递轴之间(4)设有定位螺丝，动量计壳体(7)上端设有凹槽(8)，凹槽装有硅油，塑料浮子环(9)置于凹槽内，蜂窝体(1)及外罩(2)组装在动量计壳体(7)内，扭矩传递轴(4)套装有定位盘(10)，定位盘用定位盘锁紧螺栓(11)与动量计(7)壳体紧固，定位盘(10)上下端分别装有上轴承(12)和下轴承(13)，标定连杆(14)套装于定位盘(10)下端的扭矩传递轴(4)上，标定连杆内端头用标定杆定位螺栓(15)与扭矩传递轴(4)紧固，标定连杆外端头穿过动量计壳体(7)，标定连杆外端两侧各设有一个滑轮(16)，标定连杆外端头通过细绳绕过滑轮(16)栓有砝码(23)，扭矩传感器(17)通过扭矩传感器螺栓(18)固定在扭矩传感器固定盘(19)的中心，与动量计同轴，扭矩传递轴(4)下端的扭矩传递件(20)以“十字交叉轴”方式悬浮在扭矩传感器(17)上方，扭矩传感器固定盘(19)用固定盘螺栓(21)紧固在动量计壳体(7)下端。
2. 按照权利要求书l所述的一种用于气体测量的高灵敏涡流动量计，其特征在于所述动量计壳体(7)外端设有玻璃观察窗(22)，动量计壳体(7)上顶面镶嵌有气泡水平仪(24)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于气体测量的高灵敏涡流动量计。具体结构为蜂窝体、外罩与扭矩传递轴连接为一整体置于动量计壳体内，壳体上端有凹槽，槽内为硅油。浮子环置于硅油中。定位盘与动量计壳体紧固，定位盘的上下端分别装有轴承。标定连杆套装在定位盘下端的扭矩传递轴上。连杆一端与扭矩传递轴紧固，另一端穿过动量计壳体并接有两个砝码。扭矩传感器与扭矩传递轴以“十字交叉轴”方式连接，扭矩传感器固定盘固定在动量计壳体下端。扭矩传递轴转动使传感器产生信号，用来模拟气流进入蜂窝体所产生的扭矩。更换砝码可得到不同的扭矩。本实用新型通过重力抵消、扭矩传递和静态标定等设置，对内燃机缸盖气道流动特性的检测具有更高的灵敏性和精确性。
文档编号G01M15/04GK201464182SQ20092009778
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者刘书亮, 方学飞, 王天友, 鲁祯 申请人:天津大学