测量应力和温度的无线装置及其置于发动机活塞中的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量应力和温度的无线装置及其置于发动机活塞中的应用，该无线装置由无线传感部分和无线接收部分组成，所述的无线传感部分包括应变片、热敏电阻、电池、电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理模块、滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器，所述的无线接收部分包括无线接收器和PC机；该应用为所述的应变片、热敏电阻成对设置在活塞底腔，所述的第一PCB板、第二PCB板分别设置在活塞销座两侧，所述的电池设置在连杆杆身的工字型槽内。与现有技术相比，本发明专利技术具有能够置入活塞内腔当中实时测量数据，且使用方便，能避免测试过程中发动机的反复拆装等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量
，尤其是涉及测量应力和温度的无线装置及其置于发动机活塞中的应用。
技术介绍
活塞是汽车发动机中极其重要的零件，可以将其理解为发动机中的“心脏”。活塞的结构设计状况和运行状况对发动机的可靠性、寿命、排放和经济性等诸方面有着至关重要的影响。活塞的主要作用是承受气缸中燃气燃烧时的爆发压力，并将此压力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转，提供转矩输出。由于活塞顶部直接与高温燃气接触，因此活塞的温度也很高，高温一方面使活塞材料的机械强度显著下降，另一方面会使活塞的热膨胀量增大，容易破坏活塞与其相关零件的配合。同时，活塞承受着燃气的带冲击性的高压力，高压导致活塞的侧压力大，加速活塞外表面的磨损，也容易弓I起活塞变形。为了防止活塞在 高温高负荷工作环境下产生疲劳损伤，需要掌握活塞温度和应力的变化规律。但由于活塞的运动空间有限，活塞内腔空间狭窄，并且活塞工作时需要做快速往复运动，引线工作复杂并且容易与运动件形成干涉，同时有机油的腐蚀，工作环境恶劣，这就给传统的测试技术和方法的实现带来了极大的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种能够置入活塞内腔当中实时测量数据，且使用方便的测量应力和温度的无线装置及其置于发动机活塞中的应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现测量应力和温度的无线装置，其特征在于，该无线装置由无线传感部分和无线接收部分组成，所述的无线传感部分包括应变片、热敏电阻、电池、电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理模块、滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器，所述的电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理电路集成在第一 PCB板上，所述的滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器集成在第二 PCB板上，所述的应变片、热敏电阻、电池通过高温导线与第一 PCB板连接，所述的第一 PCB板通过高温导线与第二 PCB板连接，所述的无线接收部分包括无线接收器和PC机。所述的无线传感部分和无线接收部分通过Zigbee无线技术收发数据。所述的应变片的可耐最高温度为250 300摄氏度。所述的热敏电阻采用PT100。所述的微处理器、无线发射器集成在一块芯片内。所述的滤波电路采用RC低通滤波。一种如权利要求I所述的测量应力和温度的无线装置置于发动机活塞中的应用，发动机包括发动机活塞及与活塞相接的连杆，所述的发动机活塞包括活塞底腔、活塞销座，其特征在于，所述的应变片、热敏电阻成对设置在活塞底腔，所述的第一 PCB板、第二 PCB板分别设置在活塞销座两侧，所述的电池设置在连杆杆身的工字型凹槽内。所述的应变片、热敏电阻通过高温胶水粘贴在活塞底腔。所述的热敏电阻、第一 PCB板、第二 PCB板及高温导线上均涂有硅橡胶用以固定。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点I、能够采用Zigbee无线技术收发数据，解决了输出信号连线困难的问题，同时也避免了与发动机运动件的干涉，也免去了测试过程中发动机的反复拆装，在发动机测量领域有着广泛的应用前景；2、体积小，能够置入活塞内腔当中实时测量数据； 3、装置能够承受250°C的高温，从而可以承受发动机活塞运动过程中形成的高温。附图说明图I为本专利技术的结构示意图；图2为第一 PCB板、第二 PCB板与活塞的连接结构示意图；图3为图2所示图的俯视结构示意图；图4为电池与活塞的连接结构示意图；图5为应变片、热敏电阻与活塞的连接结构示意图；图6为本专利技术的部分电路结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图I所示，测量应力和温度的无线装置，该无线装置由无线传感部分和无线接收部分组成。无线传感部分包括应变片I、热敏电阻2、电池3、电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理模块、滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器。电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理电路集成在第一 PCB板4上。滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器集成在第二 PCB板5上。应变片I、热敏电阻2、电池3通过高温导线与第一 PCB板4连接。第一 PCB板4通过高温导线与第二 PCB板5连接。无线接收部分包括无线接收器6和PC机7。无线传感部分和无线接收部分通过Zigbee无线技术收发数据。应变片的可耐最高温度为250 300摄氏度。热敏电阻采用PT100。微处理器、无线发射器集成在一块芯片内，芯片采用Texas Instruments公司产的CC2530。滤波电路采用RC低通滤波。稳压电路采用1N4728稳压管进行稳压。信号放大电路采用运放构成恒流源，将热敏电阻PT100的阻值信号转换成电压信号，通过运放放大5倍输出。应变片的输出电压信号通过运放，两级放大100倍后输出。应变片采用BAB-2AA250 (23)，可耐温度最高可达250°C，具有铝合金温度自补偿功能。应变片大小为5. 8X3. 8mm,阻值为120 ( ±0. 15% Q。电阻桥路采用单臂桥路，由一片工作应变片和3个120 Q的精密电阻构成桥路。其中3个精密电阻被封装在第一 PCB板内，这样可以简化接线。电池是采用高功率锂亚硫酰氯工控电池ER14505M，额定电压为3. 6V，工作电压通常在3. 3 3. 6V之间，90%以上的电池容量是在电压几乎不变的高电压平台输出的，工作温度在-55到85°C之间，符合测试要求。如图2 图5所示，为本专利技术置于发动机活塞中的应用。发动机包括发动机活塞及与活塞相接的连杆，发动机活塞包括活塞底腔、活塞销座。应变片I、热敏电阻2成对设置在活塞底腔。第一 PCB板4、第二 PCB板5分别设置在活塞销座两侧。电池3设置在连杆杆身的工字型凹槽内。应变片I、热敏电阻2通过高温胶水粘贴在活塞底腔。热敏电阻2、第一 PCB板4、第二 PCB板5及高温导线上均涂有硅橡胶31用以固定。本专利技术的无线传感部分的主要功能是利用中高温应变片I和热敏电阻2采集应力和温度信号，利用信号放大电路，滤波电路和稳压电路对信号进行调理后接入微处理器，微处理器对输入信号进行A/D转换后，将数字量按照Zigbee协议定义的数据帧进行打包，送入无线发射器6，无线发射器6将数据帧以2. 4GHz的频段发出。AD转换分辨率为12bit，采样频率为7. 6kHz。无线接收部分的主要功能是接收来自无线传感部分发出的数据帧，从数据帧中提取测量数据。无线接收器6与无线传感部分中采用同样的CPU微处理器，此CPU 将接收得到的测量数据通过串口通讯RS-232发送给PC机7，上位机界面采用C#程序编写，通过适当的计算处理将测得的应力值和温度显示在上位机界面上。无线传感部分的应变片I和PT100贴在活塞底腔的多个待测位置，用高温导线将信号引出。由于活塞的材质是铝合金，为了防止高温导线与信号引线连接处与活塞导电，在连接处套上热塑管，对其加热，热塑管受热变形后紧缩在连接处，达到绝缘与防护的目的。为了降低芯片的高度，防止与连杆小头的运动干涉，将芯片上的插针去掉，只留有插针孔，将连接了应变片I和PT100的高温导线直接焊在插针孔中。高温导线紧贴着活塞底腔，导线外涂有704硅橡胶，用以导线的固定和防护。第一 PCB板4的尺寸为5mm X 4. 3mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
测量应力和温度的无线装置，其特征在于，该无线装置由无线传感部分和无线接收部分组成，所述的无线传感部分包括应变片、热敏电阻、电池、电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理模块、滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器，所述的电阻桥路、信号放大电路、第一电源管理电路集成在第一PCB板上，所述的滤波电路、稳压电路、第二电源管理模块、微处理器、无线发射器集成在第二PCB板上，所述的应变片、热敏电阻、电池通过高温导线与第一PCB板连接，所述的第一PCB板通过高温导线与第二PCB板连接，所述的无线接收部分包括无线接收器和PC机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜爱民，何斌，邵达，张洪涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：