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[摘 要]：汽車輪胎的內(nèi)壓不足易造成汽車側(cè)偏剛度變差，影響汽車操縱穩(wěn)定性；內(nèi)壓過(guò)大在行駛中易造成爆胎，是許多交通事故的原因之一。因此，汽車輪胎充氣時(shí)要測(cè)量?jī)?nèi)壓。數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍采用了容柵傳感器和*的結(jié)構(gòu)，測(cè)量范圍為0～1000 kPa，測(cè)量精度為1.25 kPa，滿足了使用要求。實(shí)現(xiàn)了同步測(cè)
量和內(nèi)壓調(diào)節(jié)及充氣和測(cè)量壓力的數(shù)字顯示。
關(guān)鍵詞：輪胎內(nèi)壓；側(cè)偏剛度；容柵傳感器；充氣測(cè)量
0 引 言
汽車操縱穩(wěn)定性受側(cè)偏剛度影響很大，汽車輪胎的充氣壓力不足是造成汽車側(cè)偏剛度變差的原因之一。如果充氣壓力過(guò)大，在行駛中易造成爆胎，是很危險(xiǎn)的。因此，輪胎充氣時(shí)要測(cè)量?jī)?nèi)壓，使各輪胎充氣壓力均勻且在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。現(xiàn)在常用的方法是在加氣槍上裝一個(gè)氣壓表，用來(lái)測(cè)量充氣壓力，這種裝置的缺點(diǎn)是尺寸較大。如果采用壓力傳感器和位移傳感器測(cè)量充氣壓力，對(duì)于這種工具類裝置，顯得過(guò)于昂貴，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。本文研究的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍采用了較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)將壓力轉(zhuǎn)換為位移，并用低成本的容柵式傳感裝置和液晶顯示裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)充氣壓力和胎內(nèi)壓力進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)，并對(duì)充氣和測(cè)量壓力用液晶數(shù)字顯示。本裝置具有體積小、造價(jià)低、使用方便的特點(diǎn)，有一定的應(yīng)用價(jià)值。
1 數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍的結(jié)構(gòu)和原理
工作原理是：進(jìn)氣接頭通過(guò)進(jìn)氣管（圖中未畫(huà)出）氣泵相連，壓縮空氣進(jìn)入槍體手柄內(nèi)部的管道。當(dāng)操作者沒(méi)有握動(dòng)扳機(jī)時(shí)，活動(dòng)閥在恢復(fù)彈簧的作用下，緊靠右邊，剛好堵住進(jìn)氣口，活動(dòng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)操作者握動(dòng)扳機(jī)時(shí)，頂桿推動(dòng)活動(dòng)閥向右移動(dòng)，進(jìn)氣口打開(kāi)，活動(dòng)閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，壓縮空氣通過(guò)槍體里的氣道進(jìn)入加氣管，此時(shí)，如果與汽車輪胎連通，便可進(jìn)行充氣了。與此同時(shí)，槍管里的壓縮空氣也推動(dòng)活塞向右移動(dòng)，活塞右端的測(cè)壓彈簧的彈簧力與相應(yīng)的氣體壓力相平衡。活塞的位移反映了氣體壓強(qiáng)的大小。活塞移動(dòng)時(shí)，與活塞連為一體的位移桿帶動(dòng)容柵動(dòng)尺在定尺上滑動(dòng)，產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換、放大、標(biāo)定和液晶數(shù)顯電路集成芯片在液晶數(shù)顯窗上顯示此時(shí)充氣壓力的大小。當(dāng)氣壓顯示接近要求時(shí)，松開(kāi)扳機(jī)，活動(dòng)閥在恢復(fù)彈簧的作用下向左移動(dòng)，氣源被切斷，此時(shí)，液晶數(shù)顯窗上顯示輪胎內(nèi)壓力的大小。如果胎內(nèi)壓力不夠，可握動(dòng)扳機(jī)繼續(xù)充氣。如果胎內(nèi)壓力超過(guò)要求值，可松開(kāi)扳機(jī)，按動(dòng)放氣閥將多余的氣放掉，直到胎內(nèi)壓力符合要求為止。
2 充測(cè)氣壓與位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系
式（3）即為充測(cè)氣壓p與位移s的關(guān)系式，可用來(lái)設(shè)計(jì)活塞、彈簧等零部件。還可用來(lái)設(shè)計(jì)容柵傳感器的動(dòng)尺和定尺及相關(guān)尺寸。
式（3）表明：當(dāng)彈簧、活塞等參數(shù)一定時(shí)，位移s與充測(cè)氣壓P是線性關(guān)系。
3 容柵式位移傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 容柵傳感測(cè)量原理
本測(cè)量裝置的傳感系統(tǒng)由容柵傳感器來(lái)完成。傳感器由定尺和動(dòng)尺組成。在定尺和動(dòng)尺的相對(duì)面上分別印制（或刻劃）一系列互相絕緣、等間隔的金屬柵狀極片。若將定尺和動(dòng)尺的柵極面相對(duì)放置，其間充填電介質(zhì)，就形成一對(duì)對(duì)并聯(lián)連接的電容（即容柵）。根據(jù)電場(chǎng)理論并忽略邊緣效府．其zui大電容量為
式中N為動(dòng)尺柵極片數(shù)；8為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；ε為極板問(wèn)的距離；a，b分別為柵極片寬度和高度。
當(dāng)動(dòng)尺平行于定尺不斷移動(dòng)時(shí)，每對(duì)電容的相對(duì)遮蓋寬度a將由大到小、由小到大周期性變化，電容量值也隨之周期性變化。經(jīng)電路處理后，即可測(cè)得線性位移值。再使用液晶數(shù)顯電路集成芯片直接顯示測(cè)量結(jié)果。
3.2容柵測(cè)量信號(hào)處理
本設(shè)計(jì)將動(dòng)尺連接在位移桿上，定尺固定在槍體內(nèi)。動(dòng)尺的長(zhǎng)度可由用式求出的位移確定，這個(gè)位移可通過(guò)改變彈簧參數(shù)來(lái)改變。定尺的長(zhǎng)度與動(dòng)尺相對(duì)應(yīng)并考慮結(jié)構(gòu)狀況確定。發(fā)射極片寬度和高度根據(jù)結(jié)構(gòu)并參考式確定。氣體壓力的變化使動(dòng)尺和定尺產(chǎn)生相對(duì)位移，電容量值發(fā)生相應(yīng)變化，這一變化經(jīng)電路處理、由液晶數(shù)顯裝置顯示出氣體壓力的數(shù)值來(lái)。
4 數(shù)據(jù)的標(biāo)定
根據(jù)汽車輪胎的內(nèi)壓要求，測(cè)量范圍定為0～1000kPa，動(dòng)尺位移設(shè)定為40mm，數(shù)顯分辨力為0.01 mm，位移測(cè)量精度為0.05 mm，每毫米位移標(biāo)定壓力為25 kPa．壓力測(cè)量精度為1.25 kPa，滿足輪胎內(nèi)壓的測(cè)量要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文所設(shè)計(jì)的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化氣壓顯示和充氣、測(cè)量、調(diào)整同步進(jìn)行，使用方便；未采用現(xiàn)有昂貴的壓力傳感器，采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、造價(jià)低、耗能低、測(cè)量精度高的容柵式傳感器；數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍結(jié)構(gòu)*，設(shè)計(jì)新穎，使制造成本大為降低。我國(guó)已成為世界汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，汽車保有量數(shù)千萬(wàn)輛，因此，作為汽車隨車工具的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
量和內(nèi)壓調(diào)節(jié)及充氣和測(cè)量壓力的數(shù)字顯示。
關(guān)鍵詞：輪胎內(nèi)壓；側(cè)偏剛度；容柵傳感器；充氣測(cè)量
0 引 言
汽車操縱穩(wěn)定性受側(cè)偏剛度影響很大，汽車輪胎的充氣壓力不足是造成汽車側(cè)偏剛度變差的原因之一。如果充氣壓力過(guò)大，在行駛中易造成爆胎，是很危險(xiǎn)的。因此，輪胎充氣時(shí)要測(cè)量?jī)?nèi)壓，使各輪胎充氣壓力均勻且在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。現(xiàn)在常用的方法是在加氣槍上裝一個(gè)氣壓表，用來(lái)測(cè)量充氣壓力，這種裝置的缺點(diǎn)是尺寸較大。如果采用壓力傳感器和位移傳感器測(cè)量充氣壓力，對(duì)于這種工具類裝置，顯得過(guò)于昂貴，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。本文研究的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍采用了較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)將壓力轉(zhuǎn)換為位移，并用低成本的容柵式傳感裝置和液晶顯示裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)充氣壓力和胎內(nèi)壓力進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)，并對(duì)充氣和測(cè)量壓力用液晶數(shù)字顯示。本裝置具有體積小、造價(jià)低、使用方便的特點(diǎn)，有一定的應(yīng)用價(jià)值。
1 數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍的結(jié)構(gòu)和原理
工作原理是：進(jìn)氣接頭通過(guò)進(jìn)氣管（圖中未畫(huà)出）氣泵相連，壓縮空氣進(jìn)入槍體手柄內(nèi)部的管道。當(dāng)操作者沒(méi)有握動(dòng)扳機(jī)時(shí)，活動(dòng)閥在恢復(fù)彈簧的作用下，緊靠右邊，剛好堵住進(jìn)氣口，活動(dòng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)操作者握動(dòng)扳機(jī)時(shí)，頂桿推動(dòng)活動(dòng)閥向右移動(dòng)，進(jìn)氣口打開(kāi)，活動(dòng)閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，壓縮空氣通過(guò)槍體里的氣道進(jìn)入加氣管，此時(shí)，如果與汽車輪胎連通，便可進(jìn)行充氣了。與此同時(shí)，槍管里的壓縮空氣也推動(dòng)活塞向右移動(dòng)，活塞右端的測(cè)壓彈簧的彈簧力與相應(yīng)的氣體壓力相平衡。活塞的位移反映了氣體壓強(qiáng)的大小。活塞移動(dòng)時(shí)，與活塞連為一體的位移桿帶動(dòng)容柵動(dòng)尺在定尺上滑動(dòng)，產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換、放大、標(biāo)定和液晶數(shù)顯電路集成芯片在液晶數(shù)顯窗上顯示此時(shí)充氣壓力的大小。當(dāng)氣壓顯示接近要求時(shí)，松開(kāi)扳機(jī)，活動(dòng)閥在恢復(fù)彈簧的作用下向左移動(dòng)，氣源被切斷，此時(shí)，液晶數(shù)顯窗上顯示輪胎內(nèi)壓力的大小。如果胎內(nèi)壓力不夠，可握動(dòng)扳機(jī)繼續(xù)充氣。如果胎內(nèi)壓力超過(guò)要求值，可松開(kāi)扳機(jī)，按動(dòng)放氣閥將多余的氣放掉，直到胎內(nèi)壓力符合要求為止。
2 充測(cè)氣壓與位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系
式（3）即為充測(cè)氣壓p與位移s的關(guān)系式，可用來(lái)設(shè)計(jì)活塞、彈簧等零部件。還可用來(lái)設(shè)計(jì)容柵傳感器的動(dòng)尺和定尺及相關(guān)尺寸。
式（3）表明：當(dāng)彈簧、活塞等參數(shù)一定時(shí)，位移s與充測(cè)氣壓P是線性關(guān)系。
3 容柵式位移傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 容柵傳感測(cè)量原理
本測(cè)量裝置的傳感系統(tǒng)由容柵傳感器來(lái)完成。傳感器由定尺和動(dòng)尺組成。在定尺和動(dòng)尺的相對(duì)面上分別印制（或刻劃）一系列互相絕緣、等間隔的金屬柵狀極片。若將定尺和動(dòng)尺的柵極面相對(duì)放置，其間充填電介質(zhì)，就形成一對(duì)對(duì)并聯(lián)連接的電容（即容柵）。根據(jù)電場(chǎng)理論并忽略邊緣效府．其zui大電容量為
式中N為動(dòng)尺柵極片數(shù)；8為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；ε為極板問(wèn)的距離；a，b分別為柵極片寬度和高度。
當(dāng)動(dòng)尺平行于定尺不斷移動(dòng)時(shí)，每對(duì)電容的相對(duì)遮蓋寬度a將由大到小、由小到大周期性變化，電容量值也隨之周期性變化。經(jīng)電路處理后，即可測(cè)得線性位移值。再使用液晶數(shù)顯電路集成芯片直接顯示測(cè)量結(jié)果。
3.2容柵測(cè)量信號(hào)處理
本設(shè)計(jì)將動(dòng)尺連接在位移桿上，定尺固定在槍體內(nèi)。動(dòng)尺的長(zhǎng)度可由用式求出的位移確定，這個(gè)位移可通過(guò)改變彈簧參數(shù)來(lái)改變。定尺的長(zhǎng)度與動(dòng)尺相對(duì)應(yīng)并考慮結(jié)構(gòu)狀況確定。發(fā)射極片寬度和高度根據(jù)結(jié)構(gòu)并參考式確定。氣體壓力的變化使動(dòng)尺和定尺產(chǎn)生相對(duì)位移，電容量值發(fā)生相應(yīng)變化，這一變化經(jīng)電路處理、由液晶數(shù)顯裝置顯示出氣體壓力的數(shù)值來(lái)。
4 數(shù)據(jù)的標(biāo)定
根據(jù)汽車輪胎的內(nèi)壓要求，測(cè)量范圍定為0～1000kPa，動(dòng)尺位移設(shè)定為40mm，數(shù)顯分辨力為0.01 mm，位移測(cè)量精度為0.05 mm，每毫米位移標(biāo)定壓力為25 kPa．壓力測(cè)量精度為1.25 kPa，滿足輪胎內(nèi)壓的測(cè)量要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文所設(shè)計(jì)的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化氣壓顯示和充氣、測(cè)量、調(diào)整同步進(jìn)行，使用方便；未采用現(xiàn)有昂貴的壓力傳感器，采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、造價(jià)低、耗能低、測(cè)量精度高的容柵式傳感器；數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍結(jié)構(gòu)*，設(shè)計(jì)新穎，使制造成本大為降低。我國(guó)已成為世界汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，汽車保有量數(shù)千萬(wàn)輛，因此，作為汽車隨車工具的數(shù)顯式汽車輪胎充氣槍有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
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展會(huì)城市：鄭州市展會(huì)時(shí)間：2025-11-07