一种火花塞的火花电特性测试系统及火花能量计算方法技术方案

一种火花塞的火花电特性测试系统及火花能量计算方法，属于发动机技术领域。工控机通过PLC控制系统与电源信号连接，电源与火花塞电连接，电压信号高压探头正极通过电压探针连接器的探针与火花塞正电极电连接，电压信号高压探头负极与火花塞负电极电连接，电流信号电流探头的线圈与火花塞供电电源线的火线电连接，电流信号电流探头的零线连接线与火花塞供电电源线的零线电连接，阻抗匹配器装在电压信号高压探头、电流信号电流探头和高速数据采集与转换模块之间的采集回路上；阻抗匹配器信号输出端与高速数据采集与转换模块信号输入端连接，高速数据采集与转换模块信号输出端与工控机信号输入端连接。本发明专利技术用于火花电特性测试及能量计算。试及能量计算。试及能量计算。

【技术实现步骤摘要】
一种火花塞的火花电特性测试系统及火花能量计算方法


[0001]本专利技术属于发动机
，具体涉及一种火花塞的火花电特性测试系统及火花能量计算方法。

技术介绍

[0002]火花能量的大小对发动机的性能有着直接的影响，而对火花能量值的测量主要从火花电特性测试及火花物理形态测试两个方面进行。
[0003]依据当前该领域的发展现状，针对火花能量测量的方法主要有以下三种：1、三极针放电法测量方法；该方法是用标准三极针放电器表示火花能量的大小，并认定1 mm跳火极距约表示跳火电压为1500 V；或者是用比测量脉冲高压更为精确的球隙放电器的放电间隙大小来描述火花能量大小，这一方法为我国磁电机标准评价磁电机发火性能所采用。该方法虽然简单，但是，由于放电电流的大小也影响着火花的能量，因此不能准确反应火花能量。2、示波器测量法；示波器测量法的优点是简单、直接，通过测量得到的放电电压及电流的数据，经简单计算即可获得火花能量。但是其缺点也是明显的，如不能实时的显示火花能量，每次测试后还需人工导出示波器中采集的数据，再计算获知，当测试次数较多，数据量较大时，示波器内存有限，需要时常导出数据，且需要人工再计算，效率低下，并且不能同步获得火花能量值和直接生成测试报告等。因此，示波器测试法仅适合初步火花放电测试或验证其他在线实时测量分析方案。3、量热器测量法；量热器测量法是一种间接测量方法，其通过测量火花塞放电前后的温差来表征火花塞放电的能量，整个系统比较复杂，操作不仅不便捷，而且还容易遭受周围环境温度的影响，导致测量准确度较差。/>[0004]综上，三极针放电法测量方法、示波器测量法、量热器测量法都是间接测量方法，即：测量部位在电路回路距离火花塞很远的位置，火花塞能量在测量位置已经大为衰减，且是通过间接信号表征火花塞能量，整个系统复杂，操作不便捷，容易遭受周围环境的影响，导致测量准确度较低。此外，现有测量方法均未采用过高速测量技术（2CSPS采样率以上）进行火花塞能量测量，导致对火花塞高频放电的信号采集周期短且有大量有效数据丢失。并且现有方法不能直接解算和处理数据（需要复杂的步骤才能处理数据），且数据输出包含的信息既不直观也不全面。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有发动机点火器火花能量测试方法存在的上述问题，提供一种火花塞的火花电特性测试系统及火花能量计算方法。
[0006]本专利技术的一种火花塞的火花电特性测试系统，采用电压信号高压探头、电流信号电流探头以及高速数据采集与转换模块实时直接测量发动机点火系统放电过程中的电压及电流；然后通过火花能量计算方法计算实时得出火花能量。
[0007]实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种火花塞的火花电特性测试系统，包括电源、电压信号高压探头、电流信号电流
探头、阻抗匹配器、高速数据采集与转换模块、工控机及PLC控制系统；工控机通过PLC控制系统与电源信号连接，电源与发动机点火系统的火花塞电连接，电源通过接收工控机的命令调整输出状态及输出参数，电压信号高压探头前端的正极通过电压探针连接器的探针与所述火花塞的正电极电连接，电压信号高压探头的负极与火花塞的负电极电连接，电流信号电流探头前端的线圈与火花塞的供电电源线的火线电连接，电流信号电流探头的零线连接线与火花塞的供电电源线的零线电连接，阻抗匹配器安装在电压信号高压探头、电流信号电流探头和高速数据采集与转换模块之间的采集回路上；阻抗匹配器的信号输出端与高速数据采集与转换模块的信号输入端连接，高速数据采集与转换模块的信号输出端与工控机的信号输入端连接；电源，用于根据工控机的控制命令向火花塞供电；电压信号高压探头，用于对火花塞的火花放电瞬时电压信号采集；电流信号电流探头，用于对火花塞的火花放电瞬时电流信号采集；阻抗匹配器，用于消除电路原本的阻抗引发信号失真和背景噪声；高速数据采集与转换模块，用于对电压信号高压探头和电流信号电流探头输出的火花放电瞬时电压信号和火花放电瞬时电流信号进行采集，并将所述火花放电瞬时电压信号和火花放电瞬时电流信号转换为对应的数字信号；工控机，用于对所述对应的数字信号进行采集、处理并加以显示，并通过PLC控制系统向电源发送控制命令；PLC控制系统，用于为所述火花电特性测试系统提供过载及断电保护。
[0008]一种利用火花电特性测试系统完成火花能量计算方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：先将火花塞安装固定在火花电特性测试夹具的火花塞夹具上，将电压探针连接器安装固定在火花电特性测试夹具的探针夹具上，并使火花塞与探针同轴；然后利用所述火花电特性测试系统的电压信号高压探头和电流信号电流探头直接测量火花塞的火花得到电压值和电流值，建立坐标系并绘制电压电流曲线；步骤二：根据电压电流曲线，利用工控机根据公式（一）和公式（二）计算出火花峰值电压、峰值电流； (一）（二）式（一）中：为放电电压，为火花峰值电压；式（二）中，为放电电流，为火花峰值电流；工控机根据火花峰值电压和峰值电流通过公式（三）计算峰值功率；（三）式（三）中，为峰值功率；工控机再根据电压电流曲线得到放电持续时间，进而通过公式数值积分的方式求得放电能量；
（四）式（四）中：为瞬时功率，为第次采样电压，为第次采样电流，为采样周期，为放电时间内采样次数。
[0009]进一步的是，所述火花电特性测试夹具包括火花塞夹具、探针夹具、工装底板、探针及两个拉力弹簧；火花塞夹具包括火花塞夹头、火花塞快夹、火花塞夹具板、缓冲器固定座及两个缓冲器；探针夹具包括定位块、两个直线导轨、探针夹具底座、电极夹具板、电极快夹、电压探针连接器及探针夹头；探针夹具和火花塞夹具前后正对固定在工装底板上；具体结构为：缓冲器固定座、定位块和两个直线导轨均固定在工装底板上，两个直线导轨左右并列设置，定位块设置在两个直线导轨之间，探针夹具底座滑动设置在两个直线导轨上，探针夹具底座与缓冲器固定座相背一侧通过定位块限位，电极夹具板固定在探针夹具底座上端，电极快夹与电极夹具板滑动且可拆卸固定连接，探针夹头通过电极快夹卡紧固定，电压探针连接器通过探针夹头锁紧螺母夹紧固定在探针夹头上，电压探针连接器上固定有探针；两个缓冲器固定在缓冲器固定座与探针夹具底座相对的侧面上，火花塞夹具板固定在缓冲器固定座上端，火花塞快夹与火花塞夹具板滑动且可拆卸固定连接，火花塞夹头通过火花塞快夹卡紧固定，火花塞通过火花塞夹头夹紧固定，火花塞和探针同轴；火花塞在火花塞夹头夹紧固定前，需在火花塞表面缠绕绝缘胶布进行绝缘处理；两个拉力弹簧设置在两个缓冲器左右两侧，两个拉力弹簧两端分别与缓冲器固定座与探针夹具底座连接。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术在满足测量要求和精度的同时大大提高了测量效率，解决了现有技术存在的问题和缺陷。
[0011]2、本专利技术可以实现宽广的电压、电流测量范围，测量位置就在火花塞火口处，距离火花爆燃位置的距离几乎为零，火花塞能量值几乎没有衰减可能。频率可从几Hz到数十MHz，电压范围从mV级到KV级，电流范围从mA 级别到数KA级别，解决了因传统测量方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火花塞的火花电特性测试系统，其特征在于：包括电源（16）、电压信号高压探头（17）、电流信号电流探头（18）、阻抗匹配器（19）、高速数据采集与转换模块（20）、工控机（21）及PLC控制系统（22）；工控机（21）通过PLC控制系统（22）与电源（16）信号连接，电源（16）与发动机点火系统的火花塞（13）电连接，电源（16）通过接收工控机（21）的命令调整输出状态及输出参数，电压信号高压探头（17）前端的正极通过电压探针连接器（23）的探针（14）与所述火花塞（13）的正电极电连接，电压信号高压探头（17）的负极与火花塞（13）的负电极电连接，电流信号电流探头（18）前端的线圈与火花塞（13）的供电电源线的火线电连接，电流信号电流探头（18）的零线连接线与火花塞（13）的供电电源线的零线电连接，阻抗匹配器（19）安装在电压信号高压探头（17）、电流信号电流探头（18）和高速数据采集与转换模块（20）之间的采集回路上；阻抗匹配器（19）的信号输出端与高速数据采集与转换模块（20）的信号输入端连接，高速数据采集与转换模块（20）的信号输出端与工控机（21）的信号输入端连接；电源（16），用于根据工控机（21）的控制命令向火花塞（13）供电；电压信号高压探头（17），用于对火花塞（13）的火花放电瞬时电压信号采集；电流信号电流探头（18），用于对火花塞（13）的火花放电瞬时电流信号采集；阻抗匹配器（19），用于消除电路原本的阻抗引发信号失真和背景噪声；高速数据采集与转换模块（20），用于对电压信号高压探头（17）和电流信号电流探头（18）输出的火花放电瞬时电压信号和火花放电瞬时电流信号进行采集，并将所述火花放电瞬时电压信号和火花放电瞬时电流信号转换为对应的数字信号；工控机（21），用于对所述对应的数字信号进行采集、处理并加以显示，并通过PLC控制系统（22）向电源（16）发送控制命令；PLC控制系统（22），用于为所述火花电特性测试系统提供过载及断电保护。2.一种利用权利要求1所述的火花电特性测试系统完成火花能量计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：先将火花塞（13）安装固定在火花电特性测试夹具的火花塞夹具上，将电压探针连接器（23）安装固定在火花电特性测试夹具的探针夹具上，并使火花塞（13）与探针（14）同轴；然后利用所述火花电特性测试系统的电压信号高压探头（17）和电流信号电流探头（18）直接测量火花塞（13）的火花得到电压值和电流值，建...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑岩，单泽彪，丁健生，陈洪涛，邢伟霞，
申请(专利权)人：吉林省建研科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：