燃料压力测量 – 材质的选择至关重要

燃料压力测量 – 材质的选择至关重要

腐蚀性液体和气体对生产工艺中使用的压力传感器有着更加严格的要求 。STS产品 ATM.1ST 系列可应用于化工行业的众多领域和有爆炸危险的区域,无论怎样的操作环境,我们的产品都能操作自如。

STS压力变送器显著特点之一:模块化设计结构,可根据不同应用需求,提供多种机械和电气元件组合。

  1. 多种选择,提供最佳匹配方案
  2. 确保测量装置的快速响应

Figure 1: O型圈测量单元组装的压力传感器

图示传感器采用高精度测量芯体O型圈密封 。这种构造支持产品的多样化组合。取决于不同的压力测量介质,可选用多种材质O型圈(氟橡胶,三元乙丙橡胶或全氟醚橡胶),以满足不同应用需求。

Figure 2: 金属底座压力测量单元件

然而像燃料(柴油,汽油等)这类具有腐蚀性介质或高压下的应用中,就不在适用O型圈密封。 在这样的应用中,测量芯体需要焊接在压力端口。 出于这种原因的考虑,STS研发了ATM.1ST系列产品。

这种金属密封可提供多样化的机械设计。在0…20bar 甚至高达0…100 bar 的压力 ,4-20mA输出的情况下,精度可以达到0.05% FS。

而在常规压力0 … 20 bar至0 …700 bar, 4-20 mA或0 – 5/10 V 输出的情况下,常规精度为0.1% 。

模拟量传感器会在两个温度范围内校准:-25… 125°C(标准)或-40 …125°C(可选)。在此范围内,可以保证总误差绝对可以保证总误差<0.4%FS。

 我们的产品以简洁的样式,坚固的外壳和非常高的灵活性为特征,ATM.1ST系列产品有着简洁的外观,坚固的课题和高灵活性特征,可根据客户不同应用需求进行定制化服务。我们的产品非常适用于测试台架 和机械工程等各个领域。

燃料压力测量 – 材质的选择至关重要

使用压力传感技术让污染物排放最小化

召回行动对汽车行业有着意味深长对影响。汽车制造商也在追求如何挽救受损的企业品牌形象和高成本的损失。而另一方面,汽车主的反应是愤怒和不确定的。近年来,关于操纵排放量这类特别重大且轰动的丑闻正在不断的被发掘。政策不断通过新的测试流程来回应这类丑闻所产生的负面影响。

在过去两年内,汽车工业真正引发了召回危机。在美国,2015年一整年,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)下令召回5100万的车辆。这个数字远远超过同一年的汽车销售数量,尽管如此所召回的车辆并非所有都和被操纵的尾气排放指数有关。这其中有1100万量汽车涉及大众这个汽车制造商所深陷的“Diesel Gate“丑闻。这其中所涉及的损失是巨大的。

成本压力和日益复杂的车辆内部系统,与高度敏感性的错误和产生的召回行动有关。这种挑战主要通过改进和更可靠的控制系统而满足 – 包括制造商和供应商,以及政府方面负责法律规范监督的机构。因此高规格的测量设备是必要的,它可以在各种条件下提供最精确的结果,从而确保最佳的标准资格(或资格后审)。从此,一个主要的积压需求被打开了。

最好的压力测量技术为最好的内燃机而设计

在燃烧发动机的开发过程中,安装高精度的压力变送器是必需的,这可以对燃烧期间做充分的分析,促进对气缸压力的精确测量,以及进气和排气压力过程的测量。因此绝对压力传感器(气体交换)和高压压力传感器(喷射压力测量)都必须是最高等级,因为,在后面的特定案例中,最小化污染物的潜力是巨大的。在这方面,汽油发动机中的污染微粒可以通过增加注入压力而降低。一些发动机供应商已经着手增加注入压力至350bar,或者甚至更高。

正在研发中的移动化排放测量

“新欧洲行驶循环(NEDC)”作为新的标准,目前正在由国家监管机构尾气的排放进行新标准测量。然而正如我们所设想的一样,测试过程为那些汽车制造厂商提供了足够的空间去影响测量结果,从而可以更好的去优化自己的产品优势,因为汽车的测试过程只是在测试设备中进行,而不是在现实的实际应用场景中。

当操纵排放的丑闻被公布于众,欧盟专家委员会在2015年5月决定,排放测试将从2017年后,必须在实际行驶条件下进行测试 – 被称为真实环境的驾驶排放(RDE)。实验室设备的常规化检查将能够支持,在测试过程中可以预防使用断路装置。测试的车辆将在一个开放的轨道上进行检查,从而可以进行各类可变条件下的测试。此外,随机制动和加速程序也将纳入测试项目。

挑战新的机遇-采用模块化的压力传感器解决方案

真实环境驾驶排放(RDE)的过程显然对汽车制造厂商的技术部署做到了明显的挑战。在优化过的内燃机排放指数中,最初的重点落在了绝对和相对压力测量上。考虑到新的测量程序,这些都需要在广泛的温度范围内可靠地运行。无论是在深冬或夏季的高度,测量值必须绝对可靠,以反映最真实的排放指数。事实证明,在高压环境下操作可以有效的减少排放指数。出于这个原因,高压力环境也必须可以进行测试。事实上压力传感技术在移动场景中可以达到无故障运行。

标准的解决方案其实是无法实现这些目标。甚至这些目标就是问题的一部分。个体的挑战需要定制化解决方案。还需要有精确,以及足够灵活性,并能够在不同场景中可靠地运行的仪器。只有遵循这样的原理才可以更好的达到成本和精度之间的效率最大化。很显然,模块化系统会是这种情况下的最佳理想。在与汽车制造商的协调过程中,定制化方案可以适应个体需求,从而提供高度可靠的结果。这是在新发动机的研发过程中一个特别的优势,因为定制化可以既直接亦迅速的进行。

近30年以来 – 我们的客户一直在做日常的测量工作。作为为客户提供模块化测量系统的领先制造商,我们可以在短期内提供量身定制的压力测量方案,并且与汽车制造商进入无缝链接的合作模式。从传感测量的角度来看,我们认为,在节能环保发动机的开发过程中,并不存在阻碍创新以及在真实环境的实际条件下测试的各类障碍。

更小,更高效,更环保:车载二氧化碳空调

更小,更高效,更环保:车载二氧化碳空调

二氧化碳作为被公认的制冷剂已经有超过150年了。

事实上它现在才获准使用与车载空调是因为立法者施加了减少温室气体排放的压力,并改善了技术能力。这其中,压力测量在整个过程中发挥核心作用。

自2011年1月起,因为具有导致全球变暖的潜在影响,车载空调使用值高于150氟化温室气体已被欧盟指令禁止。在此期间,常见的四氟乙烷制混合冷剂(R134a)被替代使用。由于二氧化碳相比R134a对气候的破坏性少了1430倍,以及其本身的散热性能和良好的化学特性,因此也成为了一种不错的替代品。

 关于二氧化碳作为冷凝剂的争论不能在被忽视。

  • 作为一种自然产生的气体,它在全球享有无限的可用性和成本效益。
  • 它的损害性要远远小于其他冷却剂,如R134a,R404A,R407C等。
  • 根据工业副产品制造过程,它不需要昂贵的制造成本。
  • 相对于其他新型制冷剂,它已经得到了很好的毒理学研究。
  • 它既不具有毒性也不易燃,因此它比其他材料的危害风险要低很多。
  • 它与所有其他常见的材料有很高的兼容性。
  • 具有非常高的冷却性能,也适用于热泵。

但是从R134a转变到R744(是一种二氧化碳作为冷凝剂的缩写形式),并不是简简单单地就能实现。因为即使二氧化碳拥有众多的有点,但是也不能掩盖一些明显存在的缺点,这些缺点偶尔会在具有车载空调的车辆使用的情况下发生。一个非常高的工作压力环境和31℃的低临界温度要在这里强调。因此R744的转换必须通过汽车制造商和他们的供应商的测试实验台。

 CO2空调-是如何运作的

一个普通的空气调节机的运转开始时,会激活车辆内的空调开关。其结果,压缩机的磁耦合被通电(尽管较新的压缩机没有磁耦合,是通过活塞行程内部压力调节)。滑轮和压缩机轴之间的连接就建立起来了,压缩机就开始制作制冷剂气体。现在通过这里的冷凝状态,气体被迫进入高压管道。在这个过程中,冷却剂的温度却在升高。内置在车辆的前端的冷凝器负责再次降低该温度。在该阶段中,制冷剂物理状态的变化从气态到液态。现在液体冷却剂被转移到接收机,其中所有的水分会被去除。接着,将冷却剂通过膨胀阀,制冷剂再次改变蒸发器内的物理状态。这一变化所需的能量从环境空气中提取,这反过来又降低了车辆内部中的温度拉伸。气态冷却剂现在可以由压缩机再次吸入,从而使循环重新开始。

 这种冷却的方式针对R744也是相同的。唯一的区别是,该技术框架会有些变化。因为二氧化碳在系统中针对压力和温度会有其他要求。

 相比于一个普通的的移动制冷系统,所附加的内热交换器具有极大的区别。因为使用CO2功能的空调的散热温度必须高于临界31°C。冷却循环如下进行:将气体冷凝到压缩机内的超临界压力。从那里它进入气体冷却器,区别于普通系统,它此时执行的是冷凝器的作用。这里是气体冷却,不会发生结露现象。进一步的冷却则发生在以下的热交换器中。在接下来的步骤中,CO 2是通过膨胀阀推压,将气体成蒸汽状态。接下来蒸气部分的会在蒸发器中被蒸发,其中冷却效果就发生在蒸发过程中。

 除了内部热交换器和气体冷却器替换冷凝器,代表这套系统中的最核心的高压部分与移动制冷系统有着极大的区别。根据符合系统压力升高所有组件同时也要提升坚固性的要求,这种高压力尤其影响压缩机结构,因此压缩机需要重新按部就班的设计。

高压力需要高标准的测量技术

制造一个新的压缩机过程中,一个核心方向是通过非常小CO2分子来描述,因为它会很快通过通用的密封材料而扩散。因此一个全新用于防止冷却损失的密封方案的构想无可厚非,此密封件具有保护制冷剂的化学特性,并且能够承受高压力压缩机连续运转的功能 – 同时可以确定在试验台上进行长期测试。

 甚至压缩机壳体本身无法简单地适用于从普通的冷却系统。在较长时期内有效地工作,它必须能够承受高温。波动性抽吸压力,这决定性的影响驱动器腔的压力,也代表了显著的挑战。在高压侧,极大值可以潜在达到200 bar的水平。由于这些特点,压缩机的泄漏将会比采用R134a的时候要快得多。相比几年前,一个更精确的生产组件可能,而今天现在这个问题是可以克服的。因此,对原型施工过程中压力的不断监测是势在必行。

 利用二氧化碳与气候系统生产的高压已经超越了良好的环境属性和相对于R134a的更好的散热性。因为CO 2的高密度,所需要的安装空间相比较采用R134a冷却器甚至成效更好。对于相同的冷却性能,仅需要R134a制冷剂压缩机生产的13%体积流量。

对尺寸的不断减小也日益加强了的压力测量技术的使用情况。长期测试期间在特定 – 压阻式压力传感器,由于其小型化的能力,在低的压力和甚至在较高的压力范围其确切的结果高度精确的功能提供本身在这里。压阻式从STS压力传感器还为制造商提供开发新车型决定性的优势,这些仪器,由于其模块化结构,可以快速适应新的要求。

将增压压力映射到小型涡轮发动机上是成功的关键

将增压压力映射到小型涡轮发动机上是成功的关键

为了满足世界各地越来越严格的排放法规,OEM厂商正转向小型的火花点火内燃机。虽然这些小型发动机消耗的燃料更少,排放也明显更低,但它们需要增压进气系统才能达到驾驶者期望的现代乘用车的性能。

这些小型涡轮发动机的驾驶性能必须至少等于他们的自然吸气等量的性能。这需要在发动机低速时充分增压,而不需要在高速时耗尽蒸汽,这只能通过一个复杂的增压控制系统来实现。

这些强制增压内燃机的主要问题是精确控制在不同增压压力下接近化学计量值的空气燃料比。低速时,这些发动机在中等到高负荷下容易发生爆震。

现代压力控制系统

控制涡轮侧旁路是增压控制的最简单形式。

一旦达到特定的增压压力,部分废气流就会通过旁路绕过涡轮。弹簧加载膜片通常操作废液门,根据增压压力开启或关闭旁路。

近来,制造商已经转向改变涡轮形状来调节增压压力。这种可变的几何形状允许涡轮流动截面的变化,以匹配发动机的运行参数。

在发动机低转速时,通过关闭导叶来减小流动截面。增压压力和发动机扭矩增加的结果更高的压降之间的涡轮进口和出口。在从低速加速时,叶片打开并适应相应的发动机要求。

通过调节每个工作点的涡轮流动截面,可以优化废气能量,从而使涡轮增压器的效率和发动机的效率都高于旁路控制。

今天,电子增压调节系统越来越多地应用于现代火花点火汽油发动机。与只能作为满载压力限制器的纯气动控制相比,灵活的增压压力控制可以实现最佳的部分负载增压压力设置。

叶片的操作受到可调控制压力,而不是增压的影响。

仿真降低了生产和研发成本

面对过多的复杂变量,制造商在设计和测试阶段转向了仿真。

小型化涡轮增压发动机需要克服的一个重大障碍是,离心式压缩机在高增压压力下稳定运行的范围太窄。

建立有效的仿真模型的唯一方法是通过广泛的实地测试。这种试验主要是在气候实验室的发动机测功器上进行的。

在大开和部分节气门时,会记录以下压力信息:

  • 进气歧管压力
  • 增压
  • 气压

当然,所有这些都与发动机温度(冷却液和油)集成,以获得发动机在整个发动机转速范围内的性能表现。

在测试过程中,工程师注意到任何性能异常都是很重要的,因为特定发动机转速下的排气脉冲等事件可能会产生驻波,从而在某个临界频率激发叶轮,从而降低涡轮的寿命,甚至导致灾难性故障。

因此,压缩机和涡轮的压力测量性能对于建立精确的外推模型进行仿真是至关重要的。

一个好的仿真工具在压力测试完成后可以节省OEM厂商在测功机和道路测试中的时间和金钱。

起落架液压测试

起落架液压测试

想象一下,你正在驾驶者自己的飞机,巡航在美好的一天当中。

此时你正接近机场跑道并打开起落架的液压装置开关,进行着陆准备。突然,出现一个低压警报,起落架将无法正常打开。此时此刻你危在旦夕!在你急促的呼吸下的可能会对设计该液压系统对工程师颇有微词。其实,我们就是被抱怨的工程师,那位想象出来的飞行员是我们的客户。他们应该有一个可靠和完美的着陆,不是吗?因此,这极其考验我们所设计的液压系统,但该如何设计呢?我们需要全面的从细节,配件和设计做详细的计划。然而,至少有一点可以通过我们的努力而保证,那就是液压试验!我们将测试所有的细节,然后尝试损坏系统,并再次测试!所以很自然的,我们需要一个压力传感器在微调所有细节后,能够持续准确地记录液压系统中的情况。有一个传感器可以准确的做到这些要求,本文的其余部分,我们将一起探索STS高精度压力变送器ATM.1ST。

当我们开始开发液压压力测量方案,首先必须确定要收集的确切数据。大家都知道,在液压系统中“压力”是一个很宽泛的术语,并且自身而言几乎没有什么实际性质的意义。这里是指蓄能器压力,泵输出压力,调节器压力或者安全压力吗?这取决于你怎么理解,但幸运的是STS已经开发出一系列压力变送器,可在任何形式的子组件中收集数据。STS高精度压力变送器 ATM.1ST按照模块化和适应性的方法而设计。作为工程师,可以择优挑选传感器每个子组件的特性和功能,以确保每个部件都是完美适合应用环境,同时可以解决迎刃而解测试过程中遇到的问题。

现在让我们一起来拆解这些传感器模块。首先,我们可以为传感器选择几乎每一个部分的材料,以保证传感器的强度和耐久性。例如,基于爆破压力和一些对其他因素的承受力,可以选择由不锈钢或钛构成的壳体和换能器,并且也可以根据液压设置的特点来确定选择方案。

然而,我们的材料选择不限定于所述的壳体,也可以为传感器挑选密封材料。在这个模块中,可以选择的内容包括氟橡胶,三元乙丙橡胶,全氟醚橡胶和丁腈橡胶。自然而言,液压流体将贯穿整个起落架系统;因此,一旦我们确定密封材料,就可以保证与贯穿整个系统功能的流体之间有最佳的交互。另一个在测试设置中需要保持一致的因素是压力传感器的总体精度。幸运的是,STS的 ATM.1ST产品线的高精度传感器充分体现了产品在这方面的特点。并且通过0.25%,0.1%和0.05%FS充分确保数据收集在整个测试过程中是既准确又相一致。

最后两个模块的选择是有关起落架测试过程中的电气工艺连接。在电气的世界,我们可以选择FEP,PUR和PE线,以及各种不同的连接器。针对连接的过程,我们谨慎并且周到的提供了各种类型的隔膜,DIN等。虽然不同组合的绝对数量似乎远远的超过其表面价值,但是它们所组装出的压力传感器保证了测试环境可以在一个正常的情况下完成。

现在,让我们回到起落架测试中。当开发和测试液压系统时候,实现完美的起落架操作将需要系统内的几个不同位置的数据参数。如上所述,我们有一个累加器,可以充当各种各样的阻尼装置来平滑系统中的压力变量。当然,我们的工程师需要明确的知道这些变量属性。因此,这似乎是一个测试传感器的最佳位置!

在维持压力方面,校准器正好属于这个范畴之内。由于存在阀门的打开和关闭或系统中的任何不规则性所导致的压力波动,校准器可以确保系统压力保持在规定范围之内。再强调一次,这是另一个起落架开发过程中,值得关注的重要组件,我们现在有足够的资源为起落系统选择一个完全定制的压力传感器,这个目标通过精确的测量和安装便捷的电气连接器来实现。

做一下总结,我们的任务是通过严格的测试课程,以建立一个可靠的起落架系统。然而,这种原理的液压系统中组件和传感器的潜在位置是极其多样化的。值得庆幸的是,STS已经研发出了 ATM.1ST 压力传感器,可以让我们对传感器几乎所有的方面,有着近乎绝对的控制;包括材料,准确性,密封,和电气连接器。长话短说女士们,先生们,这种高精度的传感器,使我们能够设计一个精简和可靠的测试过程,其中我们的测试传感器是配合安装,而并不是去控制安装。