毕业设计（论文）摩托车电控汽油机点火系统次级高压测量研究.doc

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1、摩托车电控汽油机点火系统次级高压测量研究摘 要随着摩托车排放法规越来越严格，研究发现采用稀燃技术下的电控点火可以很好的解决问题。点火系统对汽油机是十分重要的组成部分。而点火系统次级电压是汽油机点火线圈最关键的性能参数之一，它决定了点火系统的可靠性。次级高压的测量具有十分重要的意义。本文在深入分析国内外汽油机点火电压的测量方法和研究现状的基础上，对汽油机点火系统次级高压测量的理论和方法进行了深入的研究。首先，介绍了摩托车汽油机解决排放问题采用新技术，特别是对稀燃技术重点介绍。详细研究了汽油机点火系统的要求、发展状况。其次，认真分析汽油机电容放电点火系统的工作原理及其次级电压的特性。为了解决点火系

2、统次级高压测量中存在高电压、频带宽、干扰的问题，采用了两级电阻分压器。分析了测量系统中的阻抗匹配问题及改善分压器性能的措施。介绍了收集式补偿电阻分压器的设计。最后，充分考虑了电磁兼容性， 针对汽油机点火系统火花放电的强电磁干扰，从硬件设计和软件设计两个方面采取了有效的抗干扰措施，确保测量仪能够正常工作。本文的测量方法不仅满足了工程应用的需要，而且具有成本低、体积小的优点，因而具有比较广阔的应用前景，会带来较好的经济效益和社会效益。关键词：次级高压，测量，电阻分压器，抗干扰设计Study on measurement of the high-voltage of secondary for mo

3、torcycle electronic-controlled gasoline engineWith increasingly stringent emission regulations motorcycles, the study found that the use of lean burn technology of electronic control of ignition can be very good to solve the problem. Ignition system is a very important component of gasoline engine.T

4、he high-voltage of secondary coil ignition system is one of the most critical performance parameters of gasoline engine. It determines the reliability of the ignition systemThe high-voltage of secondary coil is very important. Based on the of thorough investigation on the related literatures at home

5、 and abroad ,this thesis is aimed to in vestigate the theory and measurement methodology of ignition voltage in gasoline engine . Firstly introduced to solve a motorcycle gasoline engine emissions using new technologies, especially focusing on lean burn technology. A detailed study of gasoline engin

6、e ignition system requirements, development of the province.Secondly, a careful analysis of gas-discharge ignition system electrical and mechanical capacity of the working principle and its sub-voltage characteristics. To address the sub-high-voltage ignition system high voltage measurement, frequen

7、cy bandwidth, interference problems, the use of a two-resistor voltage divider. Analysis of the measurement system and the impedance matching performance measures to improve the voltage divider. Introduced a collection of type design of the compensation resistor dividerFinally , the author has taken

8、 into full account the electromagnetic compatiblity . For the strong electro and magnetic interference brought by the sparkle discharge of the ignition system in the gasoline engine , effective anti - interference measures have been taken both in hardware and software so as to assure that the instru

9、met can work normally .Not only does the method satisfy the needs of the engineering applications , but also features the virtues of low cost and small volume . So it will find a wide and prospective applications and make benefits both economically and socially .KEY WORDS：The high-voltage of seconda

10、ry coil ，measurement，resistance divider，anti-jamming design目 录第一章 前言11.1摩托车的发展状况11.2解决摩托车排放的新技术21.3汽油机稀燃技术41.4 本课题研究的内容5第二章 汽油机的点火系统62.1 汽油机对点火系统的要求62.2摩托车点火系统的发展现状及趋势62.3 摩托车电子喷射系统82.4点火电压对汽油机性能的影响9第三章 汽油机点火系统高压测量方案103.1高压测量方法103.1.1 直接测量法103.1.2 分压式测量法113.2. 点火系统高压测量的认识143.3 点火系统电压测量方法15第四章 电阻分压器的

11、设计184.1电阻分压器分析184.1.1分压器测量原理184.1.2测量系统的阻抗匹配184.1.3系统误差来源204.1.4电阻分压器的性能改善204.2 电阻分压器设计224.2.1电阻的选择224.2.2结构设计22第五章 汽油机点火电压测量系统的抗干扰设计245.1抗干扰设计概述245.1.1抗干扰设计的基本原则275.2汽油机点火系统高压测量有关干扰源285.3汽油机点火系统高压测量系统的硬件抗干扰设计285.4汽油机点火系统高压测量系统的软件抗干扰设计305.4 .1干扰对单片机测控系统的影响305.4.2软件抗干扰的前提条件315.4.3软件抗干扰的有关措施31第六章 测量结果

12、及分析.33第七章 总结35参考文献36致 谢.37第一章 前言1.1摩托车的发展状况近年来，我国摩托车行业竞争激烈，市场饱和，且自从我国颁布新的排放法规，并于不久实施，使其行业的压力越来越大。对摩托车的排放和经济性都提出了更高的要求。摩托车行业面临着巨大的考验，其最主要的压力来自于严格的排放法规。据介绍，我国是世界第一摩托车生产和消费大国，目前年产量接近2000万辆，占全世界总产量的一半以上。全国摩托车保有量达8000万辆。但是我国摩托车制造业“大而不强”的特点比较突出，产品技术水平低、污染重、能耗高，摩托车的使用造成了较为严重的环境污染问题。据测算，目前摩托车单车排放污染物负荷是同期生产的

13、汽车的数倍。由于没有采用燃油蒸发控制措施，全国每年通过摩托车蒸发掉的汽油有30万吨，不仅污染了环境，而且造成了能源的浪费。摩托车污染是促使国内许多城市采取“禁摩”或“限摩”措施的重要原因。摩托车污染问题已经成为制约行业健康发展的重要因素，亟待解决。与此形成对比的是，现行国家摩托车排放标准的污染控制水平还比较低，不仅低于欧美等发达国家和地区的控制水平，而且也低于印度、泰国等发展中国家，与我国世界摩托车大国的地位极不相称。由于国民经济的发展和人民生活水平的提高，摩托车和轻便摩托车造成的环境污染日益成为影响环境质量的重要因素，继续推进摩托车和轻便摩托车排放控制工作，制定第阶段排放标准十分必要。摩托车

14、和轻便摩托车保有量还在快速增加，而每个地区的环境容量有限。因此，随着摩托车和轻便摩托车的增加，必须降低单车的污染排放量，实施更加严格的摩托车和轻便摩托车排放标准是大势所趋。近年来，我国的摩托车排放标准如下：2003年1月1日起执行欧标准；2004年1月1日起新定型的摩托车产品污染物的排放达到相当于欧排放控制水平；2005年1月1日起新定型的轻便摩托车产品污染物的排放应当达到相当于欧的排放控制水平；2006年前后我国所有新定型的摩托车产品污染物的排放应达到国际先进排放控制水平；2008年我国将实施等同于针对摩托车欧排放标准的第3阶段标准(如表1-1)。表1-1 欧、欧部分摩托车排放法规限值对比标

15、准 车型新车型式认证实施日期 生产一致性实施日期 备试验循环 冷/热起动 km 耐久性排放限值，g/kmHC NOx CO 欧摩托车 （150 mL） 2003-04-012004-07-01ECE R40 热 - 1.20.3 5.5摩托车（150 mL） 2003-04-01 2004-07-01 ECE R40 热- 1.00.3 5.5欧摩托车（150 mL） 2006-01-01 2007-01-01 ECE R40 冷 30000 0.8 0.15 2.0摩托车（150 mL） 2006-01-01 2007-01-01 ECE R40 冷30000 0.3 0.15 2.0 新排

16、放标准大幅度提高了对摩托车和轻便摩托车污染物排放控制水平的要求，污染物排放限值比现行标准降低50以上，而且首次提出了控制燃油蒸发的要求，并规定了排放限值。新排放标准将大大地提升我国摩托车制造业的污染防治技术水平，减少污染物排放，对于节约能源也有重要意义。由此可见，我国的摩托车排放标准加严进程在不断加快，这对我国摩托车行业来讲，是一个重大的考验。排放问题解决的好坏将直接关系到我国摩托车行业今后的可持续发展。1.2解决摩托车排放的新技术排放控制技术的选择不仅要考虑采用该技术后排放下降满足法规的可能性 ,而且还要考虑:(1)该技术对车辆性能的影响:包括起动性能、 驾驶性能、 噪声、 振动及车辆外型等

17、。(2)车辆及排放控制系统的耐久性。(3)生产上的变化及费用的增加。(4)当地零部件供应的可行性和市场接受的可能性。最终的目标是要找出充分证实有效可行的措施并且费用增加最少。四冲程可供选择的排放控制技术:1. 优化点火系统传统的真空和离心装置只能随转速 、负荷变化对点火提前角做近似控制,没有考虑到影响点火提前角的其他因素,如缸体温度 ,空燃比 ,燃料辛烷值等 。采用的 无触点点火器的点火系统可使摩托车的点火提前角根据发动机的工况不同进行自动调节,能有效地改善燃烧 ,降低排放 。近来 ,由于数字化技术的不断发展 ,出现了有微机控制的点火系统 ,它将发动机转速 、负荷等参数输入到微处理器中 经数字

18、处理后 使点火提前角随工况变化自动调整到最佳状态。因而 ,燃烧更加充分 ,能大幅度降低燃油消耗和污染物的排放量 。2电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统是摩托车汽油机机内净化和油耗控制的核心技术之一 ,是欧 排放法规的有效解决方案。其特点是可提供给发动机具有精确空燃比的可燃混合气 , 同时改变点火提前角,保证点火可靠，达到改善发动机燃烧过程的目的。在我国摩托车技术市场中,电喷系统的应用除了技术的先进性外 ,还必须充分考虑其制造成本 、可靠性以及保养维修的便利性等多方面因素。3催化转化技术采用闭环控制的三元催化装置，该方案是目前在汽车领域运用的最成功的方法，可使CO、HC和NOx等排放物减少80%9

19、0%。但要求空燃比在14.7左右，精度要求高。其成本高，控制精度高，油耗高，及摩托车有特殊性，加大了控制难度。4.稀燃技术稀薄燃烧指的是发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，可以使燃料的燃烧更加完全，同时，辅以相应的排放控制措施，汽油机的有害排放物CO、HC和NOx呈数量级降低，且稀燃时燃烧室内的主要成分O2、N2的比热较小，多变指数7较高，因而发动机的热效率高，成本大幅度降低，油耗大幅度降低，燃油经济性好。摩托车排量小、价格低、市场竞争激烈的特点，经过以上分析比较，解决摩托车排放使其达到欧标准的最有效措施是采用稀燃技术。1.3汽油机稀燃技术稀薄燃烧技术是发动机节能和降低排放的有效措

20、施。汽油机稀薄燃烧技术，就是改进汽油机燃油经济性的重要手段。稀薄燃烧指的是发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧。稀薄燃烧具有许多优点。在燃油经济性方面 ,稀燃发动机空燃比大 ,燃烧循环更接近定容循环 ,因此其热效率较高 ,燃油经济性好。由于稀燃混合气燃烧温度低 ,燃烧产物的离解损失减小 ,并且降低了与气缸壁面的传热 ,也使热效率得以提高。稀燃发动机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制 ,可以采用较高压缩比 ,这也有利于热效率的提高。当采用稀薄混合气燃烧时 ,由于进入缸内空气量增加 ,减小了泵吸损失 ,这对火花点火发动机部分负荷经济性的改善是很明显的 ,同时也可以采用变质调节 ,不用节气

21、门或是小节流 ,这样会大大减小泵吸损失 ,特别有利于改进发动机部分负荷性能。对发动机排放方面 ,随着空燃比的增加 ,由于采用稀的混合气使燃烧温度降低 ,NOx的排放明显减少 ,同时燃烧产物中的氧成分有利于 HC 和 CO 的氧化 。因此 ，HC和 CO的排放也减小 。稀薄燃烧技术会受到着火稳定性和燃烧反应速率降低的限制。为了保证燃烧的稳定性, 稀燃汽油机对进气涡流的组织、 喷油定时和各工况下的空燃比控制准确，瞬态响应快。因此，稀燃汽油机必须采用电控燃油喷射技术。电控燃油系统由传感器、 控制器(ECU )和执行机构组成, 对发动机的控制包含循环喷油量控制和点火提前角控制，包括电控喷油和电控点火，

22、其中点火系统就是最重要的内容之一。点火系统在汽油机中起着十分重要的作用。点火系统的参数对汽油机的正常运行有很大的影响。点火电压是点火系统的重要参数之一，如果点火电压过大，就会造成能量的浪费，同时还会引起点火线圈过热，致使点火线圈的电阻的发生变化，影响点火系统的正常工作，进而影响到汽油机的正常运行。如果点火电压过低，则无法实现点火，就会导致发动机失火，致使发动机无法正常工作，并且导致汽油机排放和油耗升高。因此点火系统次级高压的测量具有重要意义。1.4 本课题研究的内容目前，国内外的研究成果主要集中在对点火提前角和点火能量对汽油机性能和排放的影响，而对于点火电压波形对汽油机性能和排放的影响则很少研

23、究。点火电压的波形对燃烧过程有一定的影响，进而影响汽油机性能和排放。研究点火系统次级高压与汽油机性能有关系。本课题研究的内容有以下几方面：1.点火系统次级高压测量方案分析确定。2.点火系统次级高压测量原理。3.点火系统次级高压测量的干扰及抑制。第二章 汽油机的点火系统2.1 汽油机对点火系统的要求 为了保证可靠并准确地在汽油机地各种工况下点火，点火系统必须满足以下要求【1】 1 . 提供足够高的次级电压，以击穿火花塞二电极之间的空气间隙。 能使火花塞跳火的电压称为击穿电压。起动时需要击穿电压最高为17 kV左右。为了点火可靠，通常点火系统的次级电压大于击穿电压。现代汽油机中大多数的点火系统都能

24、提供2 0 k V以上的次级电压口 2 . 火花要有足够的能量。火花的能量不仅和点火电压有关，而且还和火花电流和火花的持续时间有关，点火能量越大，着火性能越好。在汽油机起动、怠速及急加速等情况下要求有更高的点火能量。一般无触点磁电机的点火能量在几十m j 左右。 3 . 点火系统应按汽油机的点火顺序并以最佳时刻( 点火提前角) 进行点火。最佳点火提前角是由汽油机的动力性、经济性和排放性能要求共同确定的。 4 .当需要进行爆震控制时，能使点火提前角推迟。2.2摩托车点火系统的发展现状及趋势 燃油摩托车的动力来自汽油机气缸内可燃混合气的燃烧，而燃烧的完善与否直接影响到汽油机输出的驱动动力。良好的燃

25、烧必须具备以下三个条件，即良好的混合气、充分的压缩和最佳的点火。其中，点火包括点火时刻和点火能量，它们是由点火系统来完成的。 汽油机点火系统的分类方法很多，按有无触点可分为有触点点火系统和无触点点火系统;按供电方式可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统;按放电方式可分为电容放电式点火系统和电感放电式点火系统;按点火时刻控制方式可分为模拟式点火系统和数字式点火系统;按控制点火线圈初级电流的主要元件可分为可控硅点火系统和晶体管点火系统等等。在描述汽油机点火系统时，我们通常把按不同方法分类的特点组合起来，如目前最常用的无触点磁电机式电容放电点火系统和无触点蓄电池式晶体管点火系统等等。 随着汽车、摩托车

26、工业的迅速发展，汽油机点火系统的技术水平也得到了很大的提高。首先它经历了从有触点点火系统到目 前普遍使用的无触点点火系统的历史性技术革新。因为在有触点点火系统中，其触点因机油污损或磨损等原因常引起触点接触不良和导电困难等故障，可靠性差，所以需要进行经常性的检查和保养，到了使用周期后应该更换新品，十分不便。这无疑也制约着汽车、摩托车无故障里程数的提高。无触点点火系统则克服了这个缺点，它是通过触发线圈获取的触发电流来控制晶体管或可控硅的动作，从而切断点火线圈的初级电流。无触点点火系统无需保养，成本不高，技术上也不复杂，所以很快被推广使用。现在的汽油机点火系统几乎全部都使用这种无触点点火系统。无触点

27、点火系统的出现是摩托车点火系统的一次革新，也为目前常用的晶体管点火器、电容放电点火器以及目前推广的数字式点火器的开发成功奠定了基础。 电容放电式点火系统(CDI) 无触点磁电机电容放电点火系统的出现基本上满足了二冲程和中小排量四冲程汽油机的点火要求。该系统采用磁电机发出的电流为电容充电，由于电容放电能产生强大的电火花，而且次级电流上升快，对高速汽油机十分有利，而且也有利于防止火花塞污损。这些特点与二冲程汽油机的特殊要求极其吻合，所以高性能二冲程汽油机大多使用这种点火方式。由于这类点火系统结构简单、工作可靠，我国又能自己生产，所以，我国生产的摩托车(不管是二冲程还是四冲程)绝大部分都采用了这类点

28、火系统。 电容放电点火系统中然火花强，但放电时间短，这样，在汽油机低速或混合气较稀时就不易点燃混合气。另外，磁电机方式的固有缺点是低速时电流弱、点火能量小。所以，高性能大排量的四冲程汽油机大多采用无触点蓄电池式晶体管点火系统。 晶体管点火系统 无触点蓄电池式晶体管点火系统采用蓄电池供电，利用晶体管的导通和截止特性，在需要点火时瞬间地切断点火线圈的初级电流，从而在次线线圈上感应产生出高电压，由此在火花塞得到很强的电火花。晶体管点火器的点火性能稳定，火花强，放电时间相对较长，而且在发动机转速较低时也能保证可靠点火。在该系统中，磁电机发出的三相交流电经过整流调压器向蓄电池充电，这样可以充分利用磁电机

29、产生的电能。国外的中大排量四冲程汽油机基本上采用这类点火系统。我国生产的一些高性能四冲程汽油机也采用了这种点火系统，如轻骑集团生产的GS125摩托车。但目前我国使用的晶体管点火器主要依靠进口，市场上还不见国产产品。研制和开发摩托车发动机用的晶体管点火器已是一件迫在眉睫的任务。 模拟式点火器 上述两大类点火系统的技术发展主要体现在点火器上，而点火器的技术进步又主要体现在点火提前角的控制上。简单的点火器主要依靠触发线圈发出的触发信号随磁电机转速的升高而迅速提前的特性来控制点火提前角。这种点火器被称为第一代点火器。尽管这种提前特性可以通这调整电路和和元件参数略作改变，但可改变的范围及灵活性都有很有限

30、，其点火特性与汽油机的最佳点火提前角规律相差甚远，汽油机的性能潜力还远没有被很好地挖掘出来。第一代点火器主要被用于二冲程汽油机上，由于经结构简单、成本低廉，至今还被广泛地使用。2.3 摩托车电子喷射系统电控燃油喷射系统是发动机机内净化和控制油耗的核心技术,它可根据发动机的不同工况精确控制可燃混合气的空燃比 ,同时调整点火正时 ,以达到优化发动机燃烧过程 、降低排放和燃油消耗的，使发动机的排放特性、燃油经济性和动力性均达到最佳匹配。采用电控燃油喷射技术遂步替代化油器是摩托车发动机生产的发展趋势。本文是针对摩托车电控汽油机为研究对象，简单介绍一下摩托车的电子喷射系统。电子喷射系统是利用各种传感器感

31、应采集的信号，将其送入到电子控制单元(ECU)中，根据发动机的各种工况的实际需要来控制喷油量，通常采用间歇方式来喷油，混合气的空燃比由电子控制单元控制电磁喷油器线圈通电时间的长短，控制喷入进气管的燃油数量，与吸入的空气混合后进入气缸内燃烧产生动力。电子燃油喷射系统以四冲程高速汽油机为例（如图2-1） ,由输人装置、执行机构和ECU三部分组成 ,采用气道电控汽油喷射闭环控制技术方案 ,通过节气门开度和发动机转速来确定电喷发动机的运行工况。在电子喷射系统中，单片机采集节气门传感器、氧传感器的信号，根据其信号的大小调节发动机点火时刻和喷油量的大小及喷油时刻，使发动机工作在理想工况。实现了在发动机在不

32、同工况条件下对混合气空燃比和点火时刻的精确控制 ,使发动机燃烧充分 ,达到有效降低排放和燃油消耗的目的。1油箱 2.电子燃油泵 3.燃油滤清器 4.节气门体总成 5.点火线圈 6.火花塞 7.喷油器 8.节气门角度传感器 9.空滤器10.进气温度传感器 11.气缸温度传感器 12.氧传感器 13.同步信号传感器 14.通讯接口 15.故障报警指示灯 16.电控单元17.蓄电池图2-1 摩托车电控汽油喷射系统应用简图电喷系统根据发动机的MAP图供油和点火，优点是除能满足严格的排放要求外，还使动力性能、冷起动性能均非常高，减速断油很容易实现。2.4点火电压对汽油机性能的影响点火参数在汽油机中有着十

33、分重要的作用。点火电压是点火系统的重要参数之一，点火系统通过在火花塞上施加十几到几十仟伏的脉冲高压，击穿绝缘间隙形成火花放电，从而点燃汽缸中的混合气体，推动活塞而使之工作的。如果点火电压过大，就会造成能量的浪费，同时还会引起点火线圈过热，致使点火线圈的电阻的发生变化，影响点火系统的正常工作，进而影响到汽油机的正常运行。如果点火电压过低，则无法实现点火，就会导致发动机失火，致使发动机无法正常工作，并且导致汽油机排放和油耗升高。所以，通过实验测试的方法定量的研究汽油发动机点火系的技术特性，特别是点火系统次级高压测量的研究对改善汽油机的动力学特性，保证点火系器件质量，降低油耗和减少环境污染都是非常重

34、要的。第三章 汽油机点火系统高压测量方案3.1高压测量方法高压测量的方法有：直接测量、分压式测量等。3.1.1 直接测量法 a) b)图3-1一般测量高压时,由于受普通万用表量程的限制,要利用万用表直接测量高压，即扩大电压挡量程,可采用如图 3-1a的电阻分压原理。有图3-1知,即: (3-1)对上述电路原理的应用依据选取 E#的不同，现介绍以下方法：利用万用表内阻作 R2，如图3-1b所示，方法是在测量电压时看万用表上电压挡位（一般用最高电压挡位） 的灵敏度, 例如 500型万用表 &C电压挡灵敏度标明直流为20k/v， 交流为4k/v， 则测直流电压时，R2=50020k/v=10M，测交

35、流时R2=500v4k/v=2M。于是， 根据 （3-1） 式有，R1=R2(VHV/V-1) ，若量程扩大为N倍，则 R1=R2(N-1) ; 例如，为了将测量值放大20倍（500量程变为104） ，对 500万用表有 R1=10M(20-1)=190M。这样大阻值的电阻不容易找，可以采用几个电阻串联的方式，几个电阻串联还可以防止电阻体表面刻槽间跳火。 为了安全起见， 可以将 R1密封在一个绝缘良好的筒体中 （如取出笔芯的塑料杆圆珠笔） ， 筒体内部用玻璃胶等绝缘物填充，筒体的头部是一个金属探针，探针另一端连接R1的一端，R1另一端通过筒体尾部引出一根线接万用表F端，构成一个高压测试表笔。但

36、这种方法的缺点有两个，一是为了测量数万伏的高压，必须将量程扩大上百倍，此时，要求R1的阻值会很大，元件寻找困难；二是，不同的万用表，内阻可能不同。3.1.2 分压式测量法高压测量时需将高压转换为低压，而分压式测量时分压器是其重要的一部分，其作用是将高电压转换成数字转换器所能处理的低电压,分压性能的好坏直接影响测试系统的整体性能.分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。1. 电阻分压器以电力系统中电压信号测量为例介绍电阻分压器。目前电力系统电压信号的采集， 大多采用电磁式电压互感器和电容式分压器。由于电磁式电压互感器带有电感绕组和磁性材料 ,其测量范围受铁心磁饱和的限制 ,传输频带不够宽

37、 ,作为感性元件 ,存在铁磁谐振的可能 ,可靠性差 。而电容式分压器属于容性元件 ,可能与系统 中的感性元件形成谐振 ,出现过电压 ,危及设备及系统的正常运行。电压传感器采用电阻分压器原理 ,不存在铁磁谐振 ,克服了铁心磁饱和的缺点 ,不再有负荷分担 ,短路和开路都是允许的 ,具有较高的可靠性 。与传统的电磁式互感器相 比 ,具有体积小 、重量轻 、结构简单 、传输频带宽 ,无谐振点等优点 ,一个分压器就能满足测量和保护的要求。同样 ,由于没有谐振问题 ,其性能优于电容式分压器 。针对10kv电压等级的电阻分压器。该电压传感器的原理如图3-2所示 。其中高压臂电阻R1,和低压臂电阻R2组成电阻

38、式分压器 ,以获取电压信号。为防止低压部分出现过电压 ,以保护二次侧测量装置 ,须在低压电阻上加装一个放电管或稳压管S,使其放电电压恰好略小于或等于低压侧允许的最大电压 。其中U1为高压侧输人电压 U2为低压侧输出电压。为了使电子电路不图3-2 传感器原理图影响分压器的分压比 ,在二次侧加设跟随器,它是比例为 一 的放大器 ,输入阻抗大。由于电网上可能出现雷电冲击和操作冲击 ,一般的单片机速度跟不上 , 必须用高速的DSP (数字信号处理器)才能实现。信号经 DSP 处理后 ,一路用于测量显示 , 另一路将控制信号发送给断路器等电气设备。电阻分压器误差来源：由于分压器存在对地杂散电容 , 杂散

39、电容是由于分压器与其周围处于地电位的物体之间存在固有电场引起的。漏电流从对地杂散电容中流过，使得沿分压器的电压呈非线性分布， 因而造成测量误差。对地杂散电容存在，使得沿分压器各点电压分布不均 , 从而产生幅值误差和相角误差。同时，分压器高压引线和高压端对分压器本体之间也存在杂散电容。 虽然其电容值比对地电容小得多，但从高压端流向分压器本体间的杂散电容电流可以部分补偿由分压器本体流向地的杂散电容电流，在一定程度上可以减小对地杂散电容引起的测量误差，所以不能忽略。2. 电容分压器简单介绍以下电容分压器。电容分压器如图3-3所示，分为串联电容和集中的双电容式，在理想情况下分压比为： 电容分压器在高压

40、冲击测试中，可以测量数兆伏的电压。若用来测试交流电压，则使使用电压要降低，这是因为油纸电容器在交流电压持续作用下绝缘强度降低的缘战。集中的双电容分压器使用空气电容器，其绝缘强度受电压种类的影响较小。对于点火测试，在点火线圈的次级火花放电回路中引入较大的电容负载是不允许的，因此不宜使用电容分压器图3-3 电容分压器3.阻容分压器阻容分压器有阻容并联和阻容串联两种结构。下面着重介绍比较常用的阻容并联的分压系统。图3-4 分压器原理图分压原理：根据阻容分压器设计结构,原理如图 3-4所示,其中 R1为高压臂电阻, R2为低压臂电阻,与电容 C1和 C2并联组成 RC网络实现分压功能。 分压比为 （3

41、-2）低频分压器高频分压器分压比，若使得R1C1=R2C2, 1=2即 （3-3）从式 (3-3) 看出,当 R1C1 = R2 C2 ,则分压比与频率无关。 因而,阻容分压器具有良好的低频、 高频性能,可工作的频带宽,且不易产生振荡。阻容并联的分压器在测快速变化过程, 沿象电容分压器, 大大减小了对地杂散电容对电阻分压波形的畸变, 避免了电阻分压器的主要缺点; 测慢速变化的过程时, 沿分压器各点的电压主要按电阻分布, 它象电阻分压器, 避免了电容器的泄漏电阻对电容分压波形的畸变。如果使得阻容并联分压器的高压臂与低压臂的时间常数相等, 即R 1C1= R 2C2 且高压臂中各节的时间常数也彼此

42、相等, 则输出点的电压按电容分布(起始的)与按电阻分布(稳定的)相等, 输出完全跟踪输入, 分压器的分压比由电阻完全确定, 不随输入信号的频率而变。3.2. 点火系统高压测量的认识点火系统的基本功能是依据发动机的工作顺序适时的向发动机提供强烈的高压火花。点火系统的功能体现在点火的时机和产生点火火花的强度。点火系统通过在火花塞上施加十几到几十仟伏的脉冲高压，击穿绝缘间隙形成火花放电，从而点燃汽缸中的混合气体，推动活塞而使之工作。点火参数对汽油机性能及排放有着十分重要的作用，点火电压是点火系统的重要参数之一。点火电压的最大波峰值可20kV，而点火电压的上升时间为lOs2 0s 。即这一电压的上升速

43、率最大为2.O kV /s。峰值电压【3】是在规定的火花塞两电极间距和发动机工作转速范围内， 点火线圈使放电间隙气体击穿的最大次级输出电压场，如图3-5 中的Vmax所示。在发动机各种工况和使用条件下，只有作用在火花塞间隙的电压最大值(即线圈次级电压峰值)大于该工况下火花塞的击穿电压值时，才能击穿火花塞两电极间隙而正常点火。因此点火电压的测量研究对汽油机点火系统动态性能有十分重要的作用。点火系统次级高压测量，也即高压脉冲的测量，其测量存在诸多值得研究和重视的问题。1)被测脉冲前沿快。即使测量系统中存在很微小的杂散参数或不连续性,都可能对测量结果产生显著的影响;2)被测脉冲幅值高。电压幅值通常几

44、十kV。因此被测电压在测量系统中的衰减倍数为103量级,这样的衰减倍数一级分压器较难做到,二级分压器的响应不理想,设计难度较大;3)快脉冲下的电磁干扰严重。由于脉冲前沿快,相应的短波长成分能量大,空间电磁干扰强;4)测量系统内部各组成部分间的阻抗匹配与否,对测量结果的影响突出。图3-2 点火电压波形Fig 3-2 Ignition voltage wave form3.3 点火系统电压测量方法点火电压属于冲击电压，测量冲击电压的仪器和测量系统必须具有良好的瞬变响应特性。国家标准要求，对于符合规定的冲击电压，幅值测量误差不超过士3%;测量冲击电压波形的时间参数，其误差应不大于士10%【4】 .

45、在我国，传统的点火电压测试方法是球间隙法，即在检测时，用三极针状放电器 ( 简称三针放电器)替代火花塞进行放电，根据放电器的两主电极间隙和跳火能力来判断点火性能。但是高电压击穿空气间隙的击穿电压与两球间隙及球的直径有关，木同的间隙距离对应不同的点火电压。这种测试方法只是一种粗略的测量。 目前，测量点火电压的比较精确的方法是分压器-峰值电压表法或者分压器-示波器法。这两种方法不仅能够比较精确地测量点火电压的幅值还能测出点火电压的任一瞬时值。 在分压器-峰值电压表和分压器-示波器这两种测试点火电压的方法中，分压器是其中十分关键的器件。点火电压测试中十分重要的问题是将其最大波峰值变为电子器件可处理的

46、低压。点火电压的最大波峰值可20kV，而点火电压的上升时间为lOs20s 。即这一电压的上升速率最大为2.O kV /s 高压( 这里是点火电压)到低压的变换装置就不象普通的分压器那么简单，确切地说应称为分压系统，如图3-6所示。这中分压系统应满足如下的 图3-6 点火电压的分压系统Fig3-6 Potentiometer system of the ignition voltage基本要求【5】 1 .Vo = KVb 其中，Vo为点火线圈的二次测电压 Vb 为分压系统的低压输出 K为分压比，它是只与分压系统本身的结构有关而与外界因素无关的常数。这就要求分压系统对波形传输无失真。 2 . 分压系统接入时，点火线圈次级测试时不影响高压产生。 这就要求分压系统有足够大的输入阻抗。 3 .分压比K易于确定与测量分压器作为转换装置是其中的主要组成部分之一. 其作用是将高电压脉冲转换成数字转换器所能处理的低电压脉冲 ,分压性能的好坏直接影响测试系统的整体性能.分压器可分为电阻分压