СИГНАЛИЗАТОР ЗАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L23/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в устройствах для обеспечения оптимальной работы двигателя, а также в системах автоматического контроля.

Известно устройство для определения степени загрузки двигателя, содержащее рычажную систему, связанную с рейкой топливного насоса и скользящими контактами, замыкающими электрические цепи световых сигналов соответствующих различным диапазонам загрузки двигателя [1].

Недостатками известного устройства являются сложность рычажной системы и скользящих контактов, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные самой конструкцией.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является сигнализатор загрузки двигателя [2], содержащий световой индикатор и электроконтактный датчик положения рейки топливного насоса, в преобразующую цепь которого включены элементы НЕ, ИЛИ-НЕ, два элемента задержки сигнала "1" и четыре электронных ключа.

С помощью электронных ключей, элементов НЕ и ИЛИ-НЕ, элементов задержки электрические сигналы, поступающие от датчика разделяются соответственно оптимальной загрузке, недогрузке и перегрузке двигателя по продолжительности замыкания и размыкания контактов датчика.

Недостатками данного сигнализатора являются его ограниченные функциональные возможности, так как возможно задать только две фиксированные временные выдержки, и отсутствие возможности самоконтроля, что делает низким его контролепригодность.

Изобретение направлено на решение функциональных возможностей путем увеличения числа временных выдержек и повышения контролепригодности сигнализатора.

Это достигается тем, что в сигнализатор загрузки двигателя, содержащий электроконтактный датчик положения рейки топливного насоса, элемент НЕ, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ-НЕ, а их выходы - соответственно с первым и третьим входами трехпозиционного блока световой индикации, и третий электронный ключ, введены первый и второй управляющие элементы задержки, элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, генератор импульсов, клавиша контроля, шифратор и коммутатор-задатчик, выход которого соединен с первым входом шифратора, соединенного своим выходом с первыми входами первого и второго управляемых элементов задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через третий электронный ключ соединен с вторым входом блока индикации, выход электроконтактного датчика соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом клавиши контроля, второй выход которой соединен с первым выходом клавиши контроля, второй выход которой соединен с вторым входом шифратора и первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к генератору импульсов, выход второго элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с входом элемента НЕ и вторым входом первого управляемого элемента задержки, при этом второй вход второго управляемого элемента задержки соединен с выходом элемента НЕ.

Такое построение сигнализатора позволяет оперативно изменять временные выдержки в зависимости от режима работы, а также нажатием клавиши контроля убедиться в его исправности.

На фиг. 1 приведена структурная схема сигнализатора загрузки двигателя; на фиг. 2 - структурная схема управляемого элемента задержка; на фиг. 3 - структурная схема шифратора и коммутатора-задатчика режимов; на фиг. 4 - структурная схема клавиши контроля; на фиг. 5 - структурная схема сигнализатора загрузки двигателя при его построении на базе однокристальной микроЭВМ; на фиг. 6 - блок-схема алгоритма работы однокристальной микроЭВМ.

На фиг. 1 изображены: клавиша 1 контроля, элемент И 2, электроконтактный датчик 3 положения рейки топливного насоса, элемент ИЛИ 4, элемент И 5, генератор 6 импульсов, управляемый элемент задержки 7, электронный ключ 8, блок 9 индикации, элемент НЕ 10, управляемый элемент задержки 11, электронный ключ 12, элемент ИЛИ-НЕ 13, электронный ключ 14, коммутатор-задатчик режимов 15, шифратор 16.

На фиг. 2 изображены: первые входы 17 и вторые входы 18 управляемого элемента задержки, аналоговый мультиплексор 19, резисторы 20, конденсатор 21, таймер 22, элемент НЕ 23, конденсаторы 24, резисторы 25, транзистор 26, нулевая шина 27.

На фиг. 3 изображены: переключатель 29, резисторы 29, элементы И-НЕ 30, выходы 31, вторые входы 32.

На фиг. 4 изображены: клавиша 33, триггер 34, прямой 35 и инверсный выходы.

На фиг. 5 изображены: однокристальная микроЭВМ 36, генератор 37 тактовых импульсов, датчик 38 сигнала, коммутатор-задатчик режимов 39, клавиша 40 контроля, резистор 41, постоянное запоминающее устройство 42, блок 43 индикации.

На фиг. 6 представлена блок-схема алгоритма работы однокристальной микроЭВМ, на которой изображены следующие операторы: 44 - начало работы; 45 - программы самоконтроля; 46 - проверки равенства разряда G3 логическому "0"; 47 - ввода информации с G-порта в ячейку A1 оперативной памяти; 48 - ввода информации с 1N-порта в ячейку A2 оперативной памяти; 49 - анализа разрядов в ячейках A1 и A2 оперативной памяти; 50 - загрузки констант в счетчик на ячейках A3, A4 оперативной памяти в соответствии с кодами в ячейках A1 и A2 оперативной памяти; 51 - выдачи кода 100 на выход L-порта; 52 - вычитания через 0,1 с из счетчика на ячейках A3, A4; 53 - проверки равенства "0" счетчика на ячейках A3, A4; 54 - проверки равенства текущего значения разрядов 1N1-1N3, содержимому соответствующих разрядов в ячейке A2; 55 - проверки равенства текущего значения разряда 1N0 содержимому соответствующего разряду в ячейке A2; 57 - проверки равенства разряда 1N0 логической "1"; 58 - выдачи кода 010 на выход L-порта; 59 - проверки равенства разряда 1N0 логическому "0"; 60 - выдачи кода 001 на выход L-порта; 61 - проверки равенства разряда 1N0 логическому "0".

Сигнализатор работает следующим образом.

Если клавиша 1 контроля не нажата, то на первом ее выходе - логическая "1", которая подается на вход элемента И 2, на второй вход которого поступает сигнал с электроконтактного датчика 3 и далее через элемент ИЛИ 4 сигнал выдается для управления другими блоками. При нажатии клавиши контроля 1 сигнал логической "1" появляется на ее втором выходе, а на первом выходе в это время - логический "0". Этот сигнал логической "1" поступает на вход элемента И 5, поэтому сигнал с генератора 6 импульсов через элемент И 5 и элемент ИЛИ 4 подается для управления другими блоками сигнализатора. С выхода элемента ИЛИ 4 сигнал логической "1" (при замыкании контактов датчика 3) подается на управляемый элемент задержки 7, который через время τ₁ сформирует на своем выходе сигнал логической "1". На входах элемента ИЛИ-НЕ 13 в это время сигналы логического "0", а на его выходе - логической "1". Через электронный ключ 14 включается первая лампочка "Норма" (зеленого цвета). Две другие лампочки в это время не горят, так как на выходах управляемых элементов задержки - логические "0". Через время τ₁ на выходе управляемого элемента задержки появится сигнал логической "1", который через электронный ключ 8 включит вторую лампочку "Перегрузка" (красного цвета) в блоке 9 индикации. Лампочка "Норма" погаснет, так как на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ - логический "0". Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока не разомкнутся контакты датчика 3 и на его выходе не появится логический "0". На выходе элемента ИЛИ 4 также появляется логический "0" , который сбрасывает управляемый элемент задержки 7 и через элемент НЕ запускает управляемый элемент задержки 11, который в течение времени τ₂ сохраняет на своем выходе сигнал логического "0". Поэтому снова загорится лампочка "Норма", через время τ₂ на выходе элемента 11 появится логическая "1" и через время τ₂ на выходе элемента 11 появится логическая "1" и через электронный ключ 12 будет включена третья лампочка "Недогрузка" (желтого цвета) в блоке индикации 9. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока контакты датчика снова не замкнутся, и т.д. Если контакты датчика, связанные с рейкой топливного насоса, будут замкнуты меньше времени τ₁ и разомкнуты меньше времени τ₂, то будет все время гореть лампочка "Норма", что сигнализирует об оптимальной работе двигателя.

При помощи коммутатора-задатчика режимов 15 и шифратора 16 можно задавать различные значения задержек τ₁ и τ₂, что позволяет более оптимально учитывать условия работы двигателя. Для оперативного контроля состояния сигнализатора необходимо нажать клавишу контроля. В этом случае на первом выходе клавиши 1 появляется сигнал логического "0" и сигнал с датчика 3 блокируется на элементе И 2. С выхода генератора 6 импульсов сигналы частотой 0,5 Гц подаются через элемент И 5 и элемент ИЛИ 4 на управляемые элементы задержки 7 и 11, которые формируют задержки длительностью в 1 с. Эти задержки определяются кодом с шифратора 16, который управляется с второго выхода клавиши 1 контроля. Поэтому периодически лампочки будут загораться в течение 1 с в следующей последовательности: "Норма", "Перегрузка", "Норма", "Недогрузка", "Норма", "Перегрузка" и т.д.

Режим контроля имеет очень важное значение, так как позволяет выявить неисправность сигнализатора.

Управляемый элемент задержки 7 работает следующим образом (см. фиг. 2). С выхода шифратора 16 коды поступают на первые входы 17, а управление осуществляется по второму входу 18. Сигналы с входом 17 подаются на адресные входы аналогового мультиплексора 19, в качестве которого можно использовать, например, аналоговый мультиплексор типа КР59ЛКН7. В зависимости от кода на адресных входах мультиплексора один из резисторов 20-1, 20-2, ..., 20-n подключается к выходу конденсатора С21, начинается его заряд. Когда напряжение на конденсаторе 21 достигнет величины 2/3 напряжения питания, то срабатывает таймер 22 и на его выходе появляется сигнал логической "1". В качестве таймера может быть применена микросхема КР 1006ВИ1.

Управление таймером осуществляется по входу 18. Сигнал входа через элемент НЕ 23 и дифференцирующую цепочку на конденсаторе 24-1 и резисторе 25-1 запускает таймер. Перед этим сигнал логической "1" с выхода 18 через резистор 25-2 открывает транзистор 26 и на резисторе 25-3 - логическая "1". Таким образом таймер переводится из режима сброса в рабочий режим. В режиме сброса транзистор 26 закрыт и на выходе сброса таймера имеется потенциал нулевой шины 27. Таймер типа КР1006ВИ1 имеет высокое сопротивление, поэтому можно использовать резисторы 20 с высоким сопротивлением, что позволяет применить конденсаторы 21 небольшой емкости с нулевым температурным коэффициентом емкости. Поэтому временные выдержки получаются высокостабильными. По сравнению со схемами получения временных выдержек на счетчиках указанная схема обладает повышенной помехоустойчивостью.

На фиг. 3 представлен пример выполнения структурной схемы шифратора и коммутатора-задатчика режимов. При помощи переключателя 28 можно задать различные коды на выходе. Резисторы 29 поддерживают на входах логических элементов И-НЕ 30 уровни логической "1". В исходном состоянии, когда переключатель 28 находится в верхнем положении, на выходах 31 код 00. Когда переключатель 28 находится в среднем положении - на выходе код 20, а когда в нижнем положении - код 01. При управлении по второму входу 32 на выходах 31 - код 11.

Клавиша 1 контроля может быть выполнена по схеме, представленной на фиг. 4. Клавиша 33 управляет RS-триггером 34, на прямом 35 и инверсном выходах которого вырабатываются сигналы управления.

Применение RS-триггера 34 позволяет подавить дребезг контактов. Для более устойчивой работы R- и S-входы триггера необходимо через резисторы подключить к шине питания.

Сигнализатор загрузки двигателя по предложенной структурной схеме может быть построен и на базе однокристальной микроЭВМ, пример построения приведен на фиг. 5. Схема на однокристальной микроЭВМ применима при массовом производстве сигнализатора, так как при этом значительно снижается его стоимость. В качестве однокристальной микроЭВМ 36 может быть использована однокристальная микроЭВМ серии КР1820ВЕ1. Наименование сигналов на выводах микросхемы выполнено общепринятым. Синхролизация микроЭВМ 36 осуществляется от генератора тактовых импульсов 37.

С выхода датчика сигнала 38 сигнал подается на вход 1N0 микроЭВМ. Коммутатор-задатчик режимов 39 подключен к выходам порта 1N1...1N3 и G0...G2, а клавиша 40 контроля - к входу G3. Регистр 41 предназначен для фиксирования восьми разрядов адреса, а постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 42 для хранения рабочих программ. Выходы порта L0...L7 управляют блоком 43 индикации. Указанная схема порта соответствует откладочному варианту, когда в качестве памяти программ используется наружное ПЗУ. Для рабочей микроЭВМ типа К1820ВЕ2, тогда отпадает необходимость в регистре 41 и ПЗУ 42, так как память программ выполняется в виде программируемой логической матрицы непосредственно в однокристальной микроЭВМ.

Работа сигнализатора загрузки двигателя при его выполнении на базе однокристальной микроЭВМ осуществляется по алгоритму, приведенному на фиг. 6.

При включении однокристальной микроЭВМ происходит сброс регистров, аккумулятора и счетчика команд (поз. 44). Начальный запуск производится автоматически. Цепочка начального сброса на фиг. 5 условно не показана. Затем начинается выполнение подпрограмммы самоконтроля, в которой путем решения стандартного примера определяется исправность микроЭВМ, а затем выдается троекратное переключение индикаторов в блоке 43 индикации (поз. 45). Далее проверяется на равенство "0" разряда G3. Если клавиша 40 контроля нажата, то снова выполняется программа самоконтроля, если нет - программа выполняется дальше (поз. 46). Информация о состоянии коммутатора-задатчика режимов 39 вводится с G-порта в ячейку A1 оперативной памяти (поз. 47), а с 1N - порта в ячейку A2 оперативной памяти (поз. 48). В зависимости от кода в ячейках A1 и A2 происходит подготовка для формирования соответствующих временных выдержек (поз. 49), т.е. фактически осуществляется информация. Константы, соответствующие временные выдержкам, заносятся в счетчик, выполненный на ячейках A3, A4 оперативной памяти микроЭВМ (поз. 50). Счетчик работает в режиме вычитания. Далее происходит выдача кода 100 с выхода L-порта в блок индикации (поз. 51). Это соответствует зажиганию индикатора "Норма". Затем с интервалом в 0,1 с происходит вычитание из счетчика A2, A4 (поз. 52).

Содержимое счетчика на ячейках A3, A4 проверяется на равенстве "0" (поз. 53). Если содержимое счетчика не равно"0", то происходит проверка равенства текущего значения разрядов 1N1-1N3, содержимому соответствующих разрядов в ячейке A2 (поз. 54). Это необходимо для того, чтобы в случае смены информации на выходах коммутатора-задатчика 39 быстро перейти в поз. 47. Если текущее значение разрядов порта 1N1-1N3 равно ячейке A2, то происходит проверка равенства текущего значения разряда 1N0, содержимому соответствующего разряда в ячейке A2 (поз. 55). Это необходимо для быстрой обработки изменения состояния датчика 38. Если текущее значение не изменялось, то через 0,1 с происходит вновь вычитание из счетчика A2, A4 и т.д.

Если содержимое счетчика на ячейках A3, A4 равно 0, то происходит переход на выполнение оператора поз. 56. Это означает, что необходимая временная выдержка отработана. Согласно оператору поз. 56 происходит проверка равенства текущего значения разряда 1N0 соответствующему разряду в ячейке A2. Если равенства нет, то происходит переход к выполнению оператора поз. 47, если имеется равенство, то производится проверка равенства разряда 1N0 логической "1" (поз. 57). Это необходимо для того, чтобы знать в каком положении находится датчик 38. Если разряд 1N0 не равен "1" (т.е. равен "0"), то на три младших разряда порта выдается код 010 (поз. 58), что соответствует загоранию индикатора "Недогрузка". В этом состоянии L-порт будет находиться до тех пор, пока не произойдет изменение текущего значения разряда 1N0 с "0" на "1" (поз. 59). После этого произойдет переход на оператор поз. 47. Если разряд 1N0 равен "1", то на три младших разряда порта выдается код 001, что соответствует загоранию индикатора "Перегрузка" (поз. 60). В этом состоянии L-порт будет находиться до тех пор, пока не произойдет изменение текущего значения разряда 1N0 с "0" на "1" (поз. 59). После этого произойдет переход на оператор поз. 47. Если разряд 1N0 равен "1", то на три младших разряда порта выдается код 001, что соответствует загоранию индикатора "Перегрузка" (поз. 60). В этом состоянии L-порт будет находится до тех пор, пока не произойдет изменение текущего значения разряда 1N0 с "1" на "0" (поз. 61). Далее происходит переход на оператор поз. 47.

Анализ работы сигнализатора, построенного на базе однокристальной ЭВМ, показывает, что принцип работы его остается соответствующим схеме, приведенной на фиг. 1. Такие блоки, как датчик 3, клавиша 1 контроля, коммутатор-задатчик режимов 15 и блок 9 индикации остаются одинаковыми по своим функциям. В схеме на фиг. 5 электронные ключи 8, 14, 12 не показаны отдельно, а принято, что они находятся в блоке 9 индикации. Операторы поз. 45, 46 выполняют функции блоков 2, 4, 6, 6 при нажатии клавиши 1 контроля. Операторы поз. 47, 48, 30, 49, 50 выполняют функции шифратора 16. Функции управляемых элементов задержки 7, 11 выполняют операторы поз. 51, 52, 53, т.е. счетчик на ячейках A3, A4. Операторы поз. 54, 55 являются вспомогательными и предназначены для работы в режиме реального времени. Операторы поз. 56, 57, 58, 59, 60, 61 выполняют функции элемента НЕ 10 и элемента ИЛИ-НЕ 13.

Построение сигнализатора по предложенной схеме позволяет получить большой диапазон временных выдержек, что дает возможность более оптимально учитывать условия работы двигателя, а также повысить его контролепригодность путем оперативного самоконтроля.

Использование: измерительная техника, в устройствах для обеспечения оптимальной загрузки двигателя. Сущность изобретения: с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения числа временных выдержек и повышения контролепригодности сигнализатора, сигнал с электроконтактного датчика 3 запускает первый управляемый элемент задержки 7, а через интервал - второй элемент задержки 11. Если длительность логической "1" сигнала меньше времени r₁ , а длительность логического "0" меньше r₂ , то в блоке 9 индикации загорается индикатор оптимальной работы, в противном случае - индуцируется перегрузка или недогрузка. Величины r₁ и r₂ задаются коммутатором-задатчиком режимов 15 и шифратором 16, которые выдают соответствующие коды в управляемые элементы задержки. В режим самоконтроля вместо электроконтактного датчика 3 включается генератор 6 имульсов. В этом случае индикаторы загораются последовательно с частотой около 1 Гц. 6 ил.

СИГНАЛИЗАТОР ЗАГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЯ, содержащий электроконтактный датчик положения рейки и топливного насоса, элемент НЕ, первый и второй электронные ключи, входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ - НЕ, а их выходы - соответственно с первым и третьим входами трехпозиционного блока световой индикации, и третий электронный ключ, отличающийся тем, что в него введены первый и второй управляемые элементы задержки, элемент ИЛИ, первый и второй элементы И, генератор импульсов, клавиша контроля, шифратор и коммутатор-задатчик, выход которого соединен с первым входом шифратора, соединенного выходом с первыми входами первого и второго управляемых элементов задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через третий электронный ключ соединен с вторым входом блока индикации, выход электроконтактного датчика соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом клавиши контроля, второй выход которой соединен с вторым входом шифратора и первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к генератору импульсов, выход второго элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с входом элемента НЕ и вторым входом первого управляемого элемента задержки, при этом второй вход второго управляемого элемента задержки соединен с выходом элемента НЕ.