一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术属于内燃机测量的技术领域，并公开了一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统及其测量方法。系统包括表面热电偶、信号处理单元和上位机，热电偶设置顶面与活塞的顶壁面平齐，用于测量活塞顶壁面的温度，并转化为模拟电压信号传递给信号处理单元；信号处理单元与表面热电偶相连，用于将接受的来自热电偶的模拟电压信号转化为温度后传递给上位机，上位机用于设定系统的初始化参数，并控制信号处理单元开始和结束接受来自热电偶的模拟电压信号，同时将来自信号处理单元反馈的热电偶相的温度进行显示。通过本发明专利技术，解决从高速运转的活塞上引出的导线容易疲劳折断，测温系统使用寿命低等问题，通用性强，可靠性高，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统及其测量方法
本专利技术属于内燃机测量的
，更具体地，涉及一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统及其测量方法。
技术介绍
活塞是内燃机的重要部件，承受着恶劣的交变机械应力与交变热应力的双重作用，是往复式内燃机中工作条件最严酷的部件，活塞经常发生顶面开裂与烧蚀现象，因此，精确地测量活塞顶壁面温度显得非常重要。截至目前，活塞顶壁面温度的精确测量仍是一个难题，同时也是一个热点问题。测量活塞顶壁面温度的方法可分为非电测法与电测法。非电测法主要有硬度塞法、易熔合金法和可视化磷法，其中硬度塞法只能粗略测量整个测量过程中的温度最高值；易熔合金法只能确定测温位置点的温度范围，误差大，测量工作量大；可视化磷法利用磷在一定波长光作用下会受激发射可见光进行表面温度测量，该方法测温的有效工作时间很短，另外，可视化磷法测温设备昂贵，加工过程麻烦，安装精度要求高；电测法采用热电阻或热电偶测量，难点在于传感器的动态响应与数据传输。数据传输方式有直接引线式测量法、电磁感应法、存储测试法、红外遥感测试法和无线传输法等。现如今采用最多的活塞顶壁面温度测量方法是电测法，电测法又可分为有线测量法和无线测量法。其中有线测量法是在活塞上安装的热电偶或热电阻传感器，通过巧妙利用活塞、连杆位置关系，并设计附属机构使传输导线得以布置。但是随着活塞、连杆机构的往复运动，导线很容易磨损或疲劳折断，降低了系统的可靠性。对于无线测量法，主要有以下几种方式：电磁感应法无线测温装置，该装置是利用活塞到达下止点时初级与次级线圈耦合产生的电磁感应现象测量活塞表面温度变化，此法测量精度低，需要在活塞上安装励磁线圈，使得测点的数量受到很大的限制，而且只能测量下止点附近的温度。红外遥感测温系统由于转换发射数据需要一定的时间，温度测量的实时性不能得到保证。存储测试技术包括数据采集、存储模块和数据解读模块两大部分，在数据采集与存储模块中，单片机将收集到的数据打包为一个自定义的数据包，存储在专用的存储器中，待停机后取出数据。存储式测温装置不能实时收集到温度数据，并且受存储器存储空间的限制，采集的温度信息有限，不利于数据的后期处理。专利CN102156005B所描述的采用隔热盒形式的存储式活塞温度测量装置；专利CN106017712B采用NANDFlash存储芯片，提高了活塞瞬态温度的采集速度；最后一种无线信号传输方式，如专利CN106908164A所描述的一种基于蓝牙传输的活塞温度无线测量装置，但专利CN106908164A需要在机体上安装导线，系统包括接收天线，数据接收模块及线束，系统结构复杂，WiFi通信相对于蓝牙通信具有传输速度快，传输距离远，能实现双向通信，可以由单片机程序控制多通道信号处理单元实现唤醒与休眠状态切换；专利CN102749149A通过ZigBee无线技术收发数据，但是ZigBee作为一种新兴技术，传输速度不高，并且由于可靠性方面的原因，还没有大规模推广。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统及其测量方法，其中对其关键组件信号处理单元的设计，使得其能快速准确的采集热电偶测量温度的电压信号，同时将该电压信号转化为温度通过WiFi模块传递给上位机，该信号处理单元与上位机之间通过WiFi模块实现通信，一方面使得二者之间的信号传输不受地理位置和距离的限制，另一方面，传输速度快，可靠性高，同时也解决了传统从高速运转的活塞上引出的导线容易疲劳折断，测温系统使用寿命低等问题，实现活塞顶壁面温度测量数据传输的实时性，增加了测量结果的可靠性，降低了测量难度，功耗低，装置体积小等。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统，其特征在于，所述系统包括表面热电偶、信号处理单元和上位机，其中，所述热电偶设置在待测量内燃机活塞上，其顶面与所述活塞的顶壁面平齐，用于测量所述活塞顶壁面的温度，并将该温度转化为模拟电压信号传递给所述信号处理单元；所述信号处理单元与所述表面热电偶相连，用于将接受的来自所述热电偶的模拟电压信号转化为温度后传递给所述上位机，包括依次连接的滤波电路、运算放大电路、单片机和WiFi模块，所述滤波电路用于将所述模拟电压信号进行过滤去除其中的噪音，所述运算放大电路用于将过滤后的模拟电压信号放大并传递给所述单片机，该单片机将收到的所述放大的模拟电压信号转化为温度并传递给所述WiFi模块，通过该WiFi模块传递给所述上位机；所述上位机与所述信号处理单元连接，用于设定所述系统的初始化参数，并控制所述信号处理单元开始和结束接受来自所述热电偶的模拟电压信号，同时将来自所述信号处理单元反馈的所述热电偶的温度进行显示。进一步优选地，所述热电偶的表面涂覆有耐高温的无机胶，用于将所述热电偶固定在所述活塞上。进一步优选地，所述热电偶的顶面与所述活塞的顶壁面均电镀铝膜，以此形成保护层，将所述热电偶的顶面和所述活塞的顶壁面与所述燃烧室的燃气隔离，避免直接接触。进一步优选地，所述信号处理单元设置在所述活塞的下方，通过石英片与所述活塞连接，所述石英片用于减少所述活塞向所述信号处理单元进行热传递。进一步优选地，所述初始化参数包括热电偶数目、热电偶电压信号变化区间、解算温度系数及采样频率。按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述所述的遥测系统的测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)所述上位机发出开始采集数据的指令，所述信号处理单元接受到开始的信号进入工作模式，该进入工作模式包括以下步骤：(a1)所述WiFi模块和单片机之间的串口协议进行初始化，实现二者之间的通信；(a2)所述WiFi模块接收所述上位机界面输入的初始化参数并解析，获取本次试验的热电偶数目、热电偶电压信号变化区间、解算温度系数及采样频率；(a3)所述单片机中的模数转换器中参数的设置，即设定所述热电偶的温度与电压信号转化的比例系数；(b)信号处理单元采集所述热电偶测量所述活塞顶壁面的温度的模拟电压信号，将该模拟电压信号经所述滤波电路，运算放大电路依次进行滤波和放大处理并传递给所述单片机，所述单片机接受到所述模拟电压信号后将其转化为数字电压信号，然后利用所述比例系数将该数字电压信号转化为温度并通过串口传递给所述WiFi模块；(c)所述WiFi模块将温度传递给所述上位机，同时该上位机将所述温度进行显示，由此完成测量过程。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术提供的内燃机活塞顶壁面瞬态温度遥测系统，解决了从高速运转的活塞上引出的导线容易疲劳折断，测温系统使用寿命低等问题；以及采用非电测法的实时性不强，工作量大，且精度低等问题；2、本专利技术提供的内燃机活塞顶壁面瞬态温度遥测系统，对活塞改动较少，对内燃机缸体不需要改动，通用性强，可靠性高，适用于大多数机型内燃机活塞顶壁面瞬态温度的测量。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的内燃机活塞顶壁面瞬态温度遥测系统的结构示意图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的内燃机活塞顶壁面瞬态温度遥测系统的结构简化图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的内燃机活塞顶壁面瞬态温度遥测系统的工作流程图。在所有附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统，其特征在于，所述系统包括热电偶(1)、信号处理单元(2)和上位机(3)，其中，所述热电偶(1)设置在待测量内燃机活塞(5)上，其顶面与所述活塞(5)的顶壁面平齐，用于测量所述活塞顶壁面的温度，并将该温度转化为模拟电压信号传递给所述信号处理单元；所述信号处理单元(2)与所述表面热电偶(1)相连，用于将接受的来自所述热电偶的模拟电压信号转化为温度后传递给所述上位机，包括依次连接的滤波电路、运算放大电路、单片机和WiFi模块，所述滤波电路用于将所述模拟电压信号进行过滤去除其中的噪音，所述运算放大电路用于将过滤后的模拟电压信号放大并传递给所述单片机，该单片机将收到的所述放大的模拟电压信号转化为温度并传递给所述WiFi模块，通过该WiFi模块传递给所述上位机；所述上位机(3)与所述信号处理单元(2)通信，用于设定所述系统的初始化参数，并控制所述信号处理单元开始和结束接受来自所述热电偶的模拟电压信号，同时将来自所述信号处理单元反馈的所述热电偶测得的温度进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统，其特征在于，所述系统包括热电偶(1)、信号处理单元(2)和上位机(3)，其中，所述热电偶(1)设置在待测量内燃机活塞(5)上，其顶面与所述活塞(5)的顶壁面平齐，用于测量所述活塞顶壁面的温度，并将该温度转化为模拟电压信号传递给所述信号处理单元；所述信号处理单元(2)与所述表面热电偶(1)相连，用于将接受的来自所述热电偶的模拟电压信号转化为温度后传递给所述上位机，包括依次连接的滤波电路、运算放大电路、单片机和WiFi模块，所述滤波电路用于将所述模拟电压信号进行过滤去除其中的噪音，所述运算放大电路用于将过滤后的模拟电压信号放大并传递给所述单片机，该单片机将收到的所述放大的模拟电压信号转化为温度并传递给所述WiFi模块，通过该WiFi模块传递给所述上位机；所述上位机(3)与所述信号处理单元(2)通信，用于设定所述系统的初始化参数，并控制所述信号处理单元开始和结束接受来自所述热电偶的模拟电压信号，同时将来自所述信号处理单元反馈的所述热电偶测得的温度进行显示。2.如权利要求1所述的一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统，其特征在于，所述热电偶(1)的表面涂覆有耐高温的无机胶，用于将所述热电偶固定在所述活塞上。3.如权利要求1或2所述的一种内燃机活塞顶壁面瞬态温度的遥测系统，其特征在于，所述热电偶(1)的顶面与所述活塞(5)的顶壁面均电镀铝膜，以此形成保护层，将所述热电偶的顶面和所述活塞的顶壁面与所述燃烧室的燃气隔离，避免直接接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿，成晓北，李艳磊，刘传正，吴加隽，曾智源，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42