ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРИТЕРИЯ ВОСПЛАМЕНЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИСКРОВЫХ РАЗРЯДОВ В СВЕЧАХ ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01R22/00 G01R22/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров искровых разрядов в свечах зажигания, и может быть использовано для оценки воспламеняющей способности разрядов в полупроводниковых свечах.

Известно устройство для измерения энергии искры (а.с. 1078347 СССР, кл. G 01 R 21/06, опубл. 07.03.84), содержащее два интегратора, аналоговые ключи, элемент совпадения, источники опорного напряжения положительной и отрицательной полярности, блок управления, вычислительный блок, измерительные преобразователи тока и напряжения, формирователи высокого и низкого уровней положительной и отрицательной полярностей, элементы совпадения, элемент ИЛИ, триггеры, нуль-органы, генератор импульсов и счетчики.

Недостатком аналога является то, что он предназначен для измерения электрической энергии электрических разрядных процессов, возникающих при включении и отключении в коммутационной аппаратуре переменного тока, и по своим функциональным возможностям непригодно для измерения энергии быстропротекающих импульсных разрядных процессов в свечах емкостных систем зажигания.

Известен измеритель энергии искры (а.с. 1559301 СССР, кл. G 01 R 21/06, опубл. 23.04.90), содержащий измерительные преобразователи напряжения и тока, подключенные к перемножителю сигналов, интегратор, индикатор, два аналоговых ключа, блок выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь, компаратор и три одновибратора, причем выход перемножителя сигналов соединен с последовательно соединенными первым аналоговым ключом, интегратором, блоком выборки и хранения, аналого-цифровым преобразователем и индикатором, вход компаратора соединен с выходом измерительного преобразователя тока, выход компаратора соединен с входами первого и второго одновибраторов, выход первого одновибратора подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, включенного в цепь сброса интегратора, выход второго одновибратора соединен с управляющим входом первого аналогового ключа и с входом третьего одновибратора выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения.

Недостаток данного устройства заключается в том, что измеряемый с его помощью параметр не позволяет в полной мере оценивать результирующую эффективность систем зажигания.

Известно устройство для измерения длительности искры (а.с. 1679416 СССР, кл. G 01 R 29/02, опубл. 23.09.91), содержащее датчик тока, ограничитель амплитуды сигнала, двухпороговый компаратор, цепь задержки согласования, одновибратор, временной селектор, генератор тактовых импульсов, блок управления памятью, счетчик, блок памяти, дешифратор, блок цифровой индикации, причем выход датчика тока соединен с входом ограничителя амплитуды сигнала, выход которого соединен с входом двухпорогового компаратора, выход последнего соединен с входом цепи задержки согласования, выход цепи задержки согласования соединен с входами одновибратора, временного селектора, блока управления памятью, выход одновибратора соединен с входом цепи задержки согласования и счетчиком, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом временного селектора, выход последнего соединен с входом счетчика, выход последнего соединен с блоком памяти, выход блока памяти соединен с входом дешифратора, выход последнего соединен с блоком цифровой индикации, выход блока управления памятью соединен с блоком памяти.

Недостаток данного устройства заключается в том, что измеряемый с его помощью параметр не позволяет в полной мере оценивать результирующую эффективность систем зажигания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является измеритель энергии, описанный в статье Ф.А. Гизатуллин, В. Н. Зайцев, И.А. Великжанин, Л.И. Алимбеков "Методы и средства измерений параметров искровых разрядов в свечах зажигания газотурбинных двигателей", Измерительная техника 1992, 6, с. 10-11. Этот измеритель основан на использовании аналогового перемножителя. Измеритель содержит измерительную цепь и цепь синхронизации. Измерительная цепь состоит из датчика тока (измерительного трансформатора тока), датчика падения напряжения на свече (делителя напряжения), перемножителя сигналов, инвертирующего усилителя, интегратора, калибровочного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, дешифратора, блока цифровой индикации. Цепь синхронизации предназначена для синхронизации моментов начала и окончания счета и индикации результатов измерений с длительностью разрядов и включает компаратор, первый одновибратор, второй одновибратор, блок обнуления и блок управления памятью.

Недостаток данного устройства заключается в том, что измеряемый с его помощью параметр не позволяет в полной мере оценивать результирующую эффективность систем зажигания.

Задачей изобретения является повышение качества и полноты оценки эффективности искровых разрядов в свечах зажигания, за счет введения дополнительных узлов, позволяющих измерять критерий воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах зажигания.

Поставленная задача решается тем, что в цифровой измеритель критерия воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах зажигания, содержащий датчик тока, датчик падения напряжения на свече, перемножитель сигналов, инвертирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, дешифратор, блок цифровой индикации, в отличие от прототипа, введены дополнительно пиковый детектор, измеритель временного интервала, умножающий цифроаналоговый преобразователь, полупроводниковый делитель, буферный усилитель, формирователь импульса задержки сброса, формирователь импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, при этом выход датчика тока подключен к ограничителю амплитуды сигнала, пиковому детектору, к первому входу перемножителя сигналов, к второму входу перемножителя сигналов подключен выход датчика падения напряжения в свече, выход ограничителя амплитуды сигналов подключен к входу двухпорогового компаратора, выход которого подключен к входу цепи задержки согласования, первый выход цепи задержки согласования подключен к первому входу временного селектора и к входу формирователя импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход - к входу счетчика, третий выход - к управляющим входам аналоговых ключей и к входу формирователя импульса задержки сброса, к второму входу временного селектора подключен генератор счетных импульсов, выход временного селектора подключен к входу счетчика, выход которого подключен к первому входу умножающего цифроаналогового преобразователя, выход пикового детектора подключен к второму входу умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого в свою очередь подключен к первому входу полупроводникового делителя, выход формирователя импульса задержки сброса подключен к управляющим входам пикового детектора и аналоговых ключей, к выходу перемножителя сигналов подключен вход инвертирующего усилителя, выход последнего соединен с входом аналогового ключа, выход последнего соединен с входом интегратора и с входом аналогового ключа, выход последнего соединен с выходом интегратора и с входом буферного усилителя, выход последнего соединен с вторым входом полупроводникового делителя, выход последнего соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, к входу запуска которого подключен формирователь импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с регистром-защелкой, выход последнего соединен с входом дешифратора, выход последнего соединен индикаторами, таймер подключен к управляющему входу регистра-защелки.

Критерий воспламеняющей способности искровых разрядов, представляет собой соотношение

где W - энергия одиночного искрового разряда в свече;
I_m - амплитуда разрядного тока в емкостной системе зажигания;
t_и - длительность искровой стадии разряда в свече
Критерий воспламеняющей способности приводится в ряде публикаций в том числе в работах:
1. Гизатуллин Ф.А. Методика проектирования емкостных систем зажигания / Уфимский авиационный институт. Уфа, 1992. -59с.

2. Гизатуллин Ф.А. Критерий воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах емкостных систем зажигания / РЖ Авиационные и ракетные двигатели, 9, 1992. Деп. в ВИНИТИ 1971-В2, 1992. -11с.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого устройства
На фиг. 2 изображены временные диаграммы работы заявляемого устройства.

Устройство содержит датчик тока 1, датчик падения напряжения в свече 2, ограничитель амплитуды сигнала 3, двухпороговый компаратор 4, цепь задержки согласования (ЦЗС) 5, генератор счетных импульсов (ГСЧ) 6, временной селектор 7, счетчик 8. пиковый детектор 9, перемножитель сигналов 10, инвертирующий усилитель 11, интегратор 12, буферный усилитель 13, аналоговые ключи 14 и 15, полупроводниковый делитель 16, умножающий цифроаналоговый преобразователь 17, формирователь импульса задержки сброса 18, формирователь импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя 19, аналого-цифровой преобразователь 20, таймер 21, регистр-защелку 22, дешифратор 23, индикаторы 24. В свою очередь, по функциональным признакам можно выделить следующие крупные блоки: формирователь импульсов синхронизации, состоящий из ограничителя амплитуды сигнала 3, двухпорогового компаратора 4, цепи задержки согласования (ЦЗС) 5; измеритель длительности искровых разрядов, содержащий формирователь импульсов синхронизации, генератор счетных импульсов (ГСЧ) 6, временной селектор 7, счетчик 8; измеритель энергии разряда, состоящий из перемножителя сигналов 10, инвертирующего усилителя 11, интегратора 12, буферного усилителя 13, аналоговых ключей 14 и 15; блок цифровой индикации, содержащий таймер 21, регистр-защелку 22, дешифратор 23, индикаторы 24. Выход датчика тока 1 подключен к ограничителю 3 амплитуды сигнала, пиковому детектору 4, к первому входу перемножителя сигналов 10. К второму входу перемножителя сигналов подключен выход датчика 2 падения напряжения в свече. Выход ограничителя 3 амплитуды сигналов подключен к входу двухпорогового компаратора, 4, выход которого подключен к входу цепи 5 задержки согласования. Первый выход цепи 5 задержки согласования подключен к первому входу временного селектора 7 и к входу формирователя 19 импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход - к входу счетчика 8, третий выход - к управляющим входам аналоговых ключей 14 и 15 и к входу формирователя 18 импульса задержки сброса. К второму входу временного селектора 7 подключен генератор 6 счетных импульсов, выход временного селектора 7 подключен к входу счетчика 8, выход которого в свою очередь подключен к первому входу умножающего цифроаналогового преобразователя 17. Выход пикового детектора 9 подключен к второму входу умножающего цифроаналогового преобразователя 17, выход которого в свою очередь подключен к первому входу полупроводникового делителя 16. Выход формирователя 18 импульса задержки сброса подключен к управляющим входам пикового детектора 9 и аналоговых ключей 14 и 15. К выходу перемножителя 10 сигналов подключен вход инвертирующего усилителя 11, выход последнего соединен с входом аналогового ключа 14, выход последнего соединен с входом интегратора 12 и с входом аналогового ключа 15, выход последнего соединен с выходом интегратора и с входом буферного усилителя 13, выход последнего соединен с вторым входом полупроводникового делителя 16, выход последнего соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 20, к входу запуска которого подключен формирователь 19 импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с регистром-защелкой 22, выход последнего соединен с входом дешифратора 23, выход последнего соединен индикаторами 24. Таймер 21 подключен управляющему входу регистра-защелки 22.

При появлении первого искрового разряда в свече сигналы с делителя напряжения 1 и измерительного трансформатора тока 2 поступают на входы перемножителя сигналов 10, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности разряда. Этот сигнал через инвертирующий усилитель 11 поступает на вход интегратора 12. С выхода интегратора сигнал, пропорциональный энергии разряда, подается через буферный усилитель 13 на полупроводниковый делитель 16.

Измерение длительности разряда производится следующим образом. Аналоговый сигнал в виде затухающей синусоиды (фиг. 2А) длительностью t_и с датчика тока 1, включенного в разрядную цепь системы зажигания, ограничивается по амплитуде и поступает на вход двухпорогового компаратора 4, на выходе которого формируется серия прямоугольных импульсов. Уровни дискриминации двухпорогового компаратора выбирают соответствующими току перехода подготовительной стадии разряда в искровую в полупроводниковой свече, который на 2-3 порядка меньше амплитуды тока искровой стадии разряда. Подготовительная стадия разряда заканчивается в момент времени t₁ (фиг. 2А). Далее сигнал поступает в цепь задержки согласования (ЦЗС) 5, которая вырабатывает прямоугольный сигнал, равный по времени длительности искры t_и (фиг. 2Г). (Процедура формирования прямоугольного сигнала длительностью t_и изложена в описании изобретения к а.с. 1679416). Во временном селекторе 7 происходит заполнение этого импульса импульсами с ГСИ 6. Таким образом, на вход счетчика поступает определенное количество импульсов с ГСИ, пропорциональное t_и. Сброс счетчика осуществляется сигналом, вырабатываемым в ЦЗС 5 в момент начала разряда (фиг. 2В). Цифровой код со счетчика подается на умножающий цифроаналоговый преобразователь 17.

Измерение амплитуды разрядного тока производится следующим образом. Аналоговый сигнал с датчика тока 1 поступает на пиковый детектор 4, на выходе которого после прохождения первой полуволны разрядного тока устанавливается амплитудное значение разрядного тока I_m (фиг. 2Д). Этот сигнал подается на умножающий цифроаналоговый преобразователь 17, который производит умножение этого аналогового сигнала на цифровой код со счетчика 8, соответствующий длительности разрядного импульса t_и. Сброс пикового детектора осуществляется сигналом с формирователя импульса задержки сброса 18.

Формирователь импульсов синхронизации (ФИС) осуществляет синхронизацию работы измерителя энергии разряда, пикового детектора 9 и аналого-цифрового преобразователя 20 с моментами прохождения искрового разряда. Кроме того, ФИС является составной частью измерителя длительности искровых разрядов.

Вырабатываемый с вывода Б ФИС сигнал (фиг. 2Б) по своему переднему фронту соответствует началу искровой стадии разряда в свече. По переднему фронту этого сигнала осуществляется запуск интегратора 12 (замыканием ключей 14 и 15). По этому же переднему фронту запускается формирователь импульса задержки сброса 18, который формирует прямоугольный импульс длительностью t_сброса (фиг. 2Ж). По срезу этого импульса осуществляется сброс (размыканием ключа 15) и отключение интегратора 12 (размыканием ключа 14), а также сброс пикового детектора 9. Длительность сигнала t_c6poca устанавливается заведомо больше длительности разряда t_и.

На первый вход полупроводникового делителя 16 поступает сигнал с измерителя энергии (фиг. 2Е), пропорциональный энергии разряда. На второй вход поступает сигнал с умножающего цифроаналогового преобразователя 17, пропорциональный произведению I_m•t_и. Полупроводниковый делитель производит деление сигналов, сигнал на его выходе пропорционален измеряемой величине критерия воспламеняющей способности искрового разряда, равной частному от деления W/I_m•t_и. С выхода полупроводникового делителя сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 20. Запуск аналого-цифрового преобразователя осуществляется с помощью формирователя импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя 19, сигнал на выходе которого формируется по срезу импульса на выходе ФИС (фиг. 2З).

Поскольку частота следования разрядных импульсов в свече может колебаться в широких пределах, цифровая индикация величины критерия воспламеняющей способности каждого разряда при большой частоте делает невозможным визуальное восприятие показаний измерителя. Поэтому считывание результата измерения из аналого-цифрового преобразователя на индикацию производится через строго определенные промежутки времени, регулируемые пользователем. Для этого используется таймер, который разрешает запись информации в регистры-защелки 22 только через заданные промежутки времени. Цифровой код с результатом измерения с регистров-защелок дешифрируется в семисегментный код дешифратором 23 и подается на индикаторы 24.

Итак, заявляемое изобретение позволяет измерять критерий воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах зажигания, и таким образом, повысить качество и полноту оценки эффективности искровых разрядов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров искровых разрядом в свечах зажигания, и может быть использовано для оценки воспламеняющей способности разрядов в полупроводниковых свечах. Технический результат - повышение качества и полнота оценки искровых разрядов в свечах зажигания. Технический результат достигается за счет введения пикового детектора, измерителя временного интервала, умножающего цифроаналогового преобразователя, полупроводникового делителя, буферного усилителя и формирователя импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя. Это позволяет измерять критерий воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах зажигания. 2 ил.

Цифровой измеритель критерия воспламеняющей способности искровых разрядов в свечах зажигания, содержащий датчик тока, датчик падения напряжения на свече, перемножитель сигналов, инвертирующий усилитель, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, дешифратор, блок цифровой индикации, отличающийся тем, что содержит пиковый детектор, измеритель временного интервала, умножающий цифроаналоговый преобразователь, полупроводниковый делитель, буферный усилитель, формирователь импульса задержки сброса, формирователь импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, при этом выход датчика тока подключен к ограничителю амплитуды сигнала, пиковому детектору, к первому входу перемножителя сигналов, к второму входу перемножителя сигналов подключен выход датчика падения напряжения в свече, выход ограничителя амплитуды сигналов подключен к входу двухпорогового компаратора, выход которого подключен к входу цепи задержки согласования, первый выход цепи задержки согласования подключен к первому входу временного селектора и к входу формирователя импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход - к входу сброса счетчика, третий выход - к управляющим входам аналоговых ключей и к входу формирователя импульса задержки сброса, к второму входу временного селектора подключен генератор счетных импульсов, выход временного селектора подключен к входу счетчика, выход которого подключен к первому входу умножающего цифроаналогового преобразователя, выход пикового детектора подключен к второму входу умножающего цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу полупроводникового делителя, причем умножающий цифроаналоговый преобразователь производит умножение аналогового сигнала, подаваемого на его второй вход, на цифровой сигнал, подаваемый на его первый вход, выход формирователя импульса задержки сброса подключен к управляющим входам пикового детектора и аналоговых ключей, к выходу перемножителя сигналов подключен вход инвертирующего усилителя, выход последнего соединен с входом аналогового ключа, выход последнего соединен с входом интегратора и с входом аналогового ключа, выход последнего соединен с выходом интегратора и с входом буферного усилителя, выход последнего соединен с вторым входом полупроводникового делителя, выход последнего соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, при этом сигнал на выходе полупроводникового делителя пропорционален частному от деления сигнала на его первом входе на сигнал на его втором входе, к входу запуска аналого-цифрового преобразователя подключен формирователь импульса задержки запуска аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с регистром-защелкой, выход последнего соединен с входом дешифратора, выход последнего соединен с индикаторами, таймер подключен к управляющему входу регистра-защелки.