【正文】 間有單值函數(shù)關(guān)系，但實(shí)際上電阻的變化受溫度變化的影響很大。 在實(shí)際工作中，為了減小甚至消除這種溫度變化的影響，常采用橋路補(bǔ)償和應(yīng)變片自補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行溫度補(bǔ)償。 目前常用的應(yīng)變式壓力傳感器有懸鏈膜片 應(yīng)變筒式、平膜片式和 管式等。它們的共同特點(diǎn)是利用粘貼在彈性敏感元件上的應(yīng)變片，感測(cè)其受壓后的局部應(yīng)變，從而測(cè)得流體的壓力。 油管殘留壓力測(cè)量裝置采用 的 BPR2/100 型傳感器，就是懸鏈膜片 應(yīng)變筒式應(yīng)變式壓力傳感器。當(dāng)傳感器的膜片受到流體壓力作用時(shí)，圓筒受到壓縮，產(chǎn)生應(yīng)變。在圓筒薄壁部分的外表面上，沿軸向粘貼工作應(yīng)變片，沿橫向粘貼溫度補(bǔ)償片，工作片和補(bǔ)償片接成半橋，通過相應(yīng)的測(cè)量電路，即可得到與被測(cè)壓力成正比的電壓（或電流）輸出。 這種傳感器的承壓膜片以應(yīng)變筒直徑分為內(nèi)、外兩部分，其徑向剖面呈懸鏈線形，膜片的抗彎剛度很小。 這樣，應(yīng)變筒的軸向壓應(yīng)變可由下式估算： 式中 P— 被測(cè)壓力（ Pa） A— 應(yīng)變筒的橫截面積（ m2） E— 應(yīng)變筒材料的彈性模量（ N/ m2） A1— 承壓膜片的有效工作面積（ m2） 在外殼內(nèi)徑確定的情況下，應(yīng)變筒外徑越大則承壓膜片的有效工作面積也越大，這對(duì)提高傳感器的靈敏度有利。但應(yīng)變筒外徑增大，應(yīng)變筒與膜片的接觸面積就要增加，從而使溫度影響增大。一般設(shè)計(jì)成小圓面積略小于大圓面積的三分之一，在這種情況下，承壓膜片的有效面積略小于總面積的三分之二。 懸鏈膜片壓力傳感器的線性誤差較大。包括非線性、回程誤差和蠕變 再內(nèi)的總線性誤差一般為 1%，較好的情況下可達(dá) %左右。除了它有一般應(yīng)變式傳感器中產(chǎn)生線性誤差的因素之外，這種傳感器承壓膜片的有效工作面積隨壓力的增大而減小，以及在壓力作用下膜片邊緣部位出現(xiàn)相當(dāng)大的局部彎曲應(yīng)力，都是產(chǎn)生非線性的重要原因。當(dāng)應(yīng)力超過材料屈服限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)回程誤差、蠕變等問題。上述所有因素引起的線性誤差，都是隨著膜片直徑的增大而減小。 PAEA1??? XXIV 這種壓力傳感器的靈敏度和固有頻率都要比相同直徑的平膜片式傳感器高的多，它的固有頻率一般在 30～ 50kHz 的范圍內(nèi)。 綜合上述內(nèi)容，可以得出這樣一個(gè)結(jié) 論，就是傳感器受壓力作用，產(chǎn)生微應(yīng)變。由應(yīng)變儀將微應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。將電壓信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理儀。由模擬量 /數(shù)字量（ A / D）轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換，就得到了壓力的數(shù)字量。 測(cè)量高壓油管泵端、嘴端壓力的傳感器是壓電式傳感器。 壓電傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。 有些結(jié)晶物質(zhì)沿它的某個(gè)結(jié)晶軸受到力的作用時(shí)，其內(nèi)部有極化現(xiàn)象出現(xiàn)，在它的表面上有電荷集結(jié)，其大小和作用力的大小成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。反之，如果在晶體的某些表面之間加上電場(chǎng)，在晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象 稱為逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。作為壓電傳感器材料的壓電晶體有：石英晶體、酒石酸鉀鈉、鈦酸鉛等鉛系多晶體燒結(jié)而成的陶瓷等。 在晶體切片的電軸方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶r(shí)都會(huì)在垂直于該軸面上集結(jié)電荷，電荷可從緊貼于兩晶體面上的金屬極板用引線傳出，作為壓電傳感器的輸出。 為了提高輸出，在壓電傳感器中，一般很少將壓電晶體單片使用，而往往采用兩片以上組合在一起組成一個(gè)傳感器。由于壓電晶片是有極性的，所以有兩種組合方式，一種是將晶片同極性的晶面緊貼在一起作一個(gè)輸出端，兩邊的電極用導(dǎo)線連接后作為輸出的另一端 ，形成“并聯(lián)組合”。另一種組合是將正負(fù)電荷集中在上下極板，而中間晶面上的電荷則互相抵消，形成“串聯(lián)組合”。 從上述兩種組合方式中可以看出：并聯(lián)組合中輸出的電荷大，輸出電容大，輸出阻抗低，時(shí)間常數(shù)大，故適于電荷作為輸出的場(chǎng)合。而在串聯(lián)組合中輸出電壓大，輸出電容小，阻抗高以及時(shí)間常數(shù)小，故適于以電壓作為輸出信號(hào)和測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。 從壓電效應(yīng)來說，壓電傳感器產(chǎn)生的電荷量 Q 屬于靜電性質(zhì)的現(xiàn)象。此電荷量 Q 的大小是無法用一般儀表測(cè)得的，這是因?yàn)橐话銉x表的輸入阻抗有限，壓電晶片上產(chǎn)生的電荷將通過測(cè)量電路的輸入 電阻泄漏掉。測(cè)量電路的輸入阻抗愈高，被測(cè)參數(shù)的變化愈快（即頻率愈高），則所測(cè)的結(jié)果就愈接近電荷的實(shí)際變化。由此可見，為了減小測(cè)量誤差，要求壓電傳感器測(cè)量電路必須是高輸入阻抗的放大器，通常是在放大器與變換器之間加入高阻抗的前置放大器。 為了克服由于電纜長(zhǎng)度影響傳感器的靈敏度，發(fā)揮利用壓電效應(yīng)作為傳感器的優(yōu)點(diǎn)，壓電傳感器應(yīng)與電荷放大器匹配。它是一種以輸出電壓與輸入電荷成正比的前置放大器。 XXV 在采用電荷放大器的情況下，壓電傳感器視為一個(gè)電源。電荷放大器是一個(gè)高增益的、具有反饋電容 Cf 的運(yùn)算放大器。當(dāng)略去電阻 R 時(shí)，其 等效電路如下圖所示： 圖 3 圖 3 中 A 為運(yùn)算放大器，其開環(huán)增益為 A， Cf為反饋電容。由圖可知，此放大器是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，從放大器輸入端看，相當(dāng)于 Cf（ 1+A）的反饋輸入阻抗和輸入端阻抗并聯(lián)。反饋電容 Cf在輸入端的作用增加了（ 1+A）倍，這就增大了輸入回路的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)壓電傳感器受外力作用產(chǎn)生電荷 Q時(shí)，將向所有電容充電，此時(shí)放大器輸入端的電壓為為： ei=Q/[Cp+Cc+Ci+（ 1+A） Cf] 當(dāng) A遠(yuǎn)大于 1時(shí) ei =Q/ Cf .A 放大器的輸入電壓 eO為 eO= =Q/ Cf 式中的負(fù)號(hào)表示本極的輸出與輸入極性相反。此式還說明電荷放大器的輸出電壓僅和電荷量及反饋電容量有關(guān)，對(duì)于放大系數(shù) A 及電纜分布 Cc 的變化不e0 XXVI 再影響放大器的輸出，這是電荷放大器的顯著特點(diǎn)。一般對(duì)于長(zhǎng)電纜時(shí)取 A Cf大于 100C0即可使電纜分布電容對(duì)測(cè)量的靈敏度無明顯影響。但是 Cf值選得過大也會(huì)影響靈敏度下降。此外，當(dāng)電荷放大器與壓電傳感器連接使用時(shí)，其下限頻率（時(shí)間常數(shù)）只由電荷放大器決定，目前國內(nèi)生產(chǎn)的電荷放大器的下限頻率已達(dá) 106Hz，這對(duì)實(shí)際測(cè)量和準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定是很重要的。 通過以上的分析，可以知道，本測(cè)量裝置所用的信號(hào)轉(zhuǎn)換儀是電荷放大器。電荷放大器將傳感器傳輸來的電荷量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送入數(shù)據(jù)處理儀。 凸輪軸轉(zhuǎn)角信號(hào)是由霍爾元件始點(diǎn)信號(hào)傳感器產(chǎn)生的。 試驗(yàn)結(jié)果分析 利用高壓油管殘留壓力測(cè)量裝置和其它電測(cè)儀器，我們對(duì)日本 DDK 公司的A型泵進(jìn)行了電測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目有高壓油管泵端壓力，嘴端壓力和殘留壓力。通過試驗(yàn)得到這樣的結(jié)論：我們一般將泵端、嘴端壓力波形中的最低點(diǎn)（一般是供油前一段壓力），當(dāng)作壓力零點(diǎn)。事實(shí)上這一段壓 力并不為零，而恰恰是殘留壓力的數(shù)值。供油開始前，殘留壓力傳感器與嘴端壓力傳感器的采樣相同，兩個(gè)壓力相等，以這點(diǎn)為基準(zhǔn)，泵端壓力波形與殘留壓力波形迭加，嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加，才是泵端壓力、嘴端壓力的實(shí)際波形。當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速為 300RPM，油嘴開啟壓力為 ，而最高嘴端壓力只有 ，低于油嘴開啟壓力。但把嘴端壓力波形與殘留壓力波形迭加之后，最高嘴端壓力可接進(jìn) 21MPA，就大大高于油嘴開啟壓力了。這樣就可以解釋在油嘴已噴油的工況下，測(cè)出的油管嘴端壓力低于油嘴開啟壓力的現(xiàn)象了。 我們?cè)鴩L試用所里現(xiàn)有的儀器來測(cè)殘留壓力。采用應(yīng)變式傳感器與壓電式傳感器串接在油管嘴端。從測(cè)量壓力的曲線來看，應(yīng)變式傳感器以其所測(cè)壓力波形的最低點(diǎn)作為其記錄零線。如果認(rèn)為此點(diǎn)為實(shí)際零線，那么噴油前一段穩(wěn)定的壓力就應(yīng)該為殘留壓力了。從曲線上看這段壓力為 。但用殘留壓力測(cè)量裝置測(cè)同工況下的殘留壓力，測(cè)得結(jié)果殘留壓力均在 7MPA 左右。因此用應(yīng)變式傳感器裝在高壓油管端部，并不能測(cè)得殘留壓力。 接殘壓裝置與不接殘壓裝置測(cè)得的同一轉(zhuǎn)速下的泵端、嘴端壓力波形，盡管兩次測(cè)得的對(duì)應(yīng)最大值不同，但嘴端與泵端 的壓力差值基本相同，可見裝上殘壓裝置后并不影響高壓油管的壓力。 目前，許多研究報(bào)告表明，高壓油管殘留壓力的研究對(duì)柴油機(jī)供油系統(tǒng)噴射過程的研究有著重要的意義。如空泡和噴射過程的穩(wěn)定性等問題的研究中，只要?dú)埩魤毫Σ坏陀谌加椭休p餾份的飽和蒸汽壓力，就不會(huì)出現(xiàn)蒸汽空泡；而高壓油管中殘留壓力的穩(wěn)定性就決定了噴射過程的穩(wěn)定。因此，殘留壓力的研究，不僅在科研機(jī)構(gòu)中得到重視，而且越來越多的生產(chǎn)部門作為開發(fā)新品時(shí)參數(shù)選擇的 XXVII 依據(jù)。因此，我們開發(fā)的這個(gè)殘留壓力測(cè)量裝置，不僅對(duì)提高油泵多參數(shù)測(cè)試精度有重要意義，也為噴油系統(tǒng)的研究和 設(shè)計(jì)，提供了新的測(cè)試手段。 校驗(yàn)壓電壓力傳感器 我們采用本所現(xiàn)有的儀器，比較了壓電式壓力傳感器與應(yīng)變式壓力傳感器的壓力測(cè)量值。目的是觀察壓電式壓力傳感器經(jīng)過這么多年的使用靈敏度是否有變化。 首先，用活塞式壓力計(jì)標(biāo)定應(yīng)變式壓力傳感器。再用電荷標(biāo)定器（ AVL3054A01 CHARGE CALIBRATOR），根據(jù)所用的壓電傳感器的靈敏度數(shù)值，標(biāo)定壓電式傳感器。然后，將經(jīng)過標(biāo)定的壓電式傳感器與應(yīng)變式傳感器串接在高壓油管的嘴端，如附圖十七，接線、安裝，進(jìn)行試驗(yàn)。附圖十八為測(cè)出的在油泵轉(zhuǎn)速為 800RPM，全油門工況下的嘴端壓力曲線。壓電式傳感器測(cè)得的最高壓力；PPMAX=，應(yīng)變式傳感器測(cè)得的最高壓力 PSMAX=。 兩者的相對(duì)誤差為： 偏差并不大。再比較兩者波形，壓電式壓力傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，因此尖波較多，但兩者的波形變化趨勢(shì)是相同的。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以說，壓電式壓力傳感器的靈敏度變化不大。 相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力 高壓油管嘴端壓力不同于針閥體壓力室的壓力（以下稱嘴腔壓力）。由于壓力波在高壓油路的傳播，嘴端壓力與嘴腔壓力存在相位差，兩者隨轉(zhuǎn)速 ，負(fù)荷變化的趨勢(shì)基本一致，嘴腔壓力要高于嘴端壓力。 我們一般說的油嘴開啟壓力，是在油嘴試驗(yàn)臺(tái)上手動(dòng)加壓測(cè)出的。從其測(cè)量?jī)x表與油路的聯(lián)接方式來看，這個(gè)壓力是油管嘴端壓力，不是嘴腔壓力。因此，嘴端壓力與油嘴開啟壓力是可以直接比較的。 第六章 測(cè)試精度 在一定的條件下 ,某物理量客觀存在的真實(shí)數(shù)值稱為這個(gè)物理量的真值 ,通常用 A表示。 測(cè)量就是希望得到待測(cè)物理量的真值。但是測(cè)量總是依據(jù)一定的理論方法，在一定的環(huán)境條件中，使用一定的儀器，由一定的人來進(jìn)行的。由于理論方法的近似性、環(huán)境條件的不穩(wěn)定性、實(shí)驗(yàn)儀器靈敏度 的局限性以及實(shí)驗(yàn)者的操作熟練3 .6 %1 0 0 %2 5 .2 5 02 5 .2 5 02 6 .1 5 91 0 0 %P PP S M A XS M A XP M A X ????? XXVIII 程度等等因素的影響，甚至物理量本身存在變化，待測(cè)物理量的真值是不可能得到的。也就是說，測(cè)量結(jié)果總是真值的近似值，它們之間總會(huì)存在一定的差異，這種差異稱為待測(cè)物理量的測(cè)量誤差，通常用ε來表示。如果用 X表示待測(cè)物理量的測(cè)得值，我們定義誤差的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ε = X A 顯然，由于 X 可能比 A 大，也可能比 A小，所以ε可能是正值，也可能是負(fù)值。 在任何測(cè)量中都存在誤差，這是絕對(duì)的，不可避免的。當(dāng)對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，盡管所有的條件都相同，而所得到的測(cè)量結(jié)果卻往往并不完全相同，這一事實(shí) 表明了誤差的存在。但也有這樣的情況，當(dāng)對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，所得測(cè)量結(jié)果均為同一數(shù)值。這并不能認(rèn)為不存在測(cè)量誤差，可能因所使用的測(cè)量?jī)x器靈敏度太低，以致沒有反映出應(yīng)有的測(cè)量誤差，此時(shí)誤差值完全可能是很大的。 在測(cè)量過程中產(chǎn)生誤差的因素是多種多樣的，如果按照這些因素的出現(xiàn)規(guī)律以及它們對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度來區(qū)分，可將測(cè)量誤差分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差、過失誤差三類。 系統(tǒng)誤差： 在同一條件下（理論方法、儀器、環(huán)境和觀測(cè)者不變）多次測(cè)量某一物理量時(shí)，數(shù)值不變或按照某一規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。產(chǎn)生的原因大致有以 下幾個(gè)方面： （ 1） 儀器誤差 這是由于儀器制造本身的缺陷或沒有按照規(guī)定要求調(diào)節(jié)，使用造成的誤差。例如米尺的刻度不均勻，天平砝碼質(zhì)量不準(zhǔn)確，電表使用前沒調(diào)好零點(diǎn)等等，都會(huì)造成這種誤差。只要設(shè)法改進(jìn)儀器的設(shè)計(jì)制造，嚴(yán)格按規(guī)定要求調(diào)節(jié)使用儀器，就可能減小儀器誤差。 （ 2） 安裝誤差 由于測(cè)量?jī)x器安裝使用不正確而產(chǎn)生的誤差。 （ 3） 條件誤差 在測(cè)量過程中，某些對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯影響的外界環(huán)境（如大氣壓力、溫度、濕度、電磁場(chǎng)等）不同而引起的誤差。 （ 4） 理論方法誤差 這是由于測(cè)量方法或計(jì)算方法不當(dāng)所形成的誤差，或是由于測(cè)量和計(jì)算所依據(jù)的理論本身 不完善等原因而導(dǎo)致的誤差。有時(shí)，也可能由于對(duì)被測(cè)量定義不明確而形成的一種理論誤差。 （ 5） 個(gè)人誤差 也稱操作誤差由于測(cè)量者的身理特點(diǎn)或固有習(xí)慣而引入的誤差。如有人估讀數(shù)偏高，有的人卻總是偏低。又如在田徑比賽中，手動(dòng)計(jì)時(shí)與電動(dòng)計(jì)時(shí)相比可能有 秒的誤差，這樣的誤差可以通過多次正確訓(xùn)練后使之減少，或?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。 （ 6） 動(dòng)態(tài)誤差 在測(cè)量迅變量時(shí)，由于儀器指示系統(tǒng)的自振頻率、阻尼、以 XXIX 及與被測(cè)迅變參數(shù)之間的關(guān)系而產(chǎn)生的振幅和相位誤差。 上述分類并不很嚴(yán)格，一個(gè)具體的誤差往往可以歸入這一類，也可以歸到另一類，有 時(shí)也可將系統(tǒng)誤差分為恒值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差二類。但重要的是：系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)一般是有規(guī)律的，其產(chǎn)生的原因往往是可知的或能掌握的。一般地說，應(yīng)盡可能設(shè)法預(yù)見到各種系統(tǒng)誤差的具體來源，