УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИСКРЫ Российский патент 2003 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения длительности быстротекущих импульсов и может быть использовано для измерения длительности процессов в свечах зажигания при апериодическом или колебательном разряде и устройствах аналогичного назначения.

Известен измеритель длительности импульсов переменного тока (Авторское свидетельство СССР 651152, кл. G 01 R 29/02, опубл. 10.08.77), содержащий генератор счетных импульсов, счетчик импульсов, приемные катушки, фильтр, усилитель, схемы фиксации начала первой полуволны переменного сигнала заполнения и момента достижения амплитудного значения первой полуволны среза импульса, электронный ключ, датчики начала и конца импульса, однако данное устройство по своим функциональным возможностям не применимо при измерении длительности искры при апериодическом разряде.

Известен измеритель длительности искры (Авторское свидетельство СССР 1442939, кл. G 01 К 29/02, опубл. 07.12.88, бюл. 45), состоящий из датчика тока, выпрямителя, усилителя, дискриминатора, двух элементов ИЛИ, двух инверторов и двух одновибраторов, однако данное устройство не позволяет измерять длительность искры при апериодическом разряде.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является измеритель длительности искры (Авторское свидетельство СССР 1679416, кл. G 01 R 29/02, опубл. 23.09.91, бюл. 30), содержащий датчик тока, два дискриминатора уровня, пиковый детектор, элемент И, блок счета.

К недостаткам прототипа следует отнести: ограниченный диапазон частот измеряемого сигнала из-за применения одновибратора с жестко фиксированной продолжительностью сигнала, а также невозможность применения данного измерителя для измерения апериодических сигналов из-за большой погрешности при применении датчика тока для измерения длительности искры апериодического разряда.

Задачами изобретения являются расширение функциональных возможностей устройства за счет добавления возможности измерения длительности искры апериодического разряда и повышение точности измерения.

Задачи достигаются тем, что в измерителе длительности искры, содержащем датчик, два дискриминатора уровня, блок счета, в отличие от прототипа, в качестве датчика применен делитель напряжения, введены дополнительно блок разности, промежуточное запоминающее устройство, блок памяти и блок управления памятью, причем выход датчика подключен к двум дискриминаторам, выход первого дискриминатора подключен к первому входу блока счета и первому входу блока разности, выход второго дискриминатора подключен ко второму входу блока разности, выход блока разности подключен ко второму входу блока счета, первому входу промежуточного запоминающего устройства и первому входу блока управления памятью, первый выход блока счета подключен ко второму входу промежуточного запоминающего устройства, второй выход блока счета подключен ко второму входу блока управления памятью, выход промежуточного запоминающего устройства подключен к входу блока памяти, выход блока управления памятью подключен к блоку памяти.

Существо заявляемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлены временные диаграммы разрядного тока и падения напряжения на свече при апериодическом разряде. На фиг.2 - временные диаграммы разрядного тока и падения напряжения на свече при колебательном разряде. На фиг.3 - функциональная схема предлагаемого изобретения, на фиг.4 и фиг.5 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя при апериодическом и колебательном разряде свечи.

Измеритель длительности искры содержит датчик напряжения 1, двухпороговые дискриминаторы уровня 2 и 3, блок счета 4, блок разности 5, содержащий, например, инвертор и элемент И, промежуточное запоминающее устройство 6, блок управления памятью 7, состоящий, например, из счетчика и элементов И, блока памяти 8, причем выход датчика подключен к двум дискриминаторам 2 и 3, выход дискриминатора 2 подключен к первому входу блока счета 4 и первому входу блока разности 5, выход дискриминатора 3 подключен ко второму входу блока разности 5, выход блока разности 5 подключен ко второму входу блока счета 4, первому входу промежуточного запоминающего устройства 6 и первому входу блока управления памятью 7, первый выход блока счета 4 подключен ко второму входу промежуточного запоминающего устройства 6, второй выход блока счета 4 подключен ко второму входу блока управления памятью 7, выход промежуточного запоминающего устройства 6 подключен к входу блока памяти 8, выход блока управления памятью 7 подключен к блоку памяти 8 (фиг.3).

На фигуре 1 обозначены t_пс - время подготовительной стадии разряда, соответствующей промежутку времени от t₁ до t₂, при этом к свече приложено напряжение порядка двух киловольт и через свечу протекает небольшой ток. В момент времени t₂ происходит пробой свечи и разрядный ток возрастает до момента времени t₃, при этом напряжение на свече уменьшается до минимального значения. Промежуток времени от t₂ до t₅ соответствует искровой стадии разряда t_иc. В промежутке времени от t₃ до t₅ происходит спад разрядного тока и возрастание приложенного к свече напряжения. При уменьшении разрядного тока до нуля происходит резкая смена полярности приложенного к свече напряжения.

На фигуре 2 обозначены t_пc - время подготовительной стадии разряда, соответствующей промежутку времени от t₁ до t₂, при этом к свече приложено напряжение порядка двух киловольт и через свечу протекает небольшой ток. В момент времени t₂ происходит пробой свечи и разрядный ток возрастает и далее изменяется по синусоидальному затухающему закону. При этом напряжение на свече имеет характерный седлообразный вид и резко изменяет полярность при уменьшении разрядного тока до нуля. Промежуток времени от t₂ до t₅ соответствует искровой стадии разряда t_ис.

Подробно процесс образования искры апериодического разряда, а также временные диаграммы изложены в книге: Системы зажигания двигателей летательных аппаратов: учебное пособие/ Ф.А. Гизатуллин; Уфа: УГАТУ, 1998 г.

При измерении длительности искры апериодического разряда при помощи трансформатора тока уровень дискриминации не может быть меньше, чем значение тока в момент завершения подготовительной стадии разряда (t₂ на фиг.1). При этом из-за затяжного характера изменения разрядного тока существует значительная погрешность измерения (отрезок времени от t₄ до t₅ на фиг.1).

При измерении длительности искры колебательного разряда при помощи трансформатора тока уровень дискриминации также не может быть меньше, чем значение тока в момент завершения подготовительной стадии разряда (t₂ на фиг. 2). И в этом случае погрешность измерения также существенна (отрезок времени от t₃ до t₄ на фиг.2).

В предлагаемом измерителе в качестве датчика используется делитель напряжения.

Так как кривая напряжения на свече обладает крутыми фронтами при переходе от подготовительной к искровой стадии разряда и при завершении последней, погрешность измерения будет определяться лишь погрешностью передачи фронтов импульсов датчиком, которую можно сделать незначительной.

Устройство работает следующим образом. В момент времени t₁ на выходах дискриминаторов 2 и 3 присутствует сигнал высокого уровня. Уровни дискриминации выбираются таким образом, чтобы для дискриминатора 2 он был гарантированно большим напряжения искровой стадии разряда и гарантированно меньшим напряжения подготовительной стадии разряда. Дискриминатор 3 сравнивает сигнал с датчика с уровнем, гарантированно меньшим напряжения искровой стадии разряда. Таким образом дискриминатор 2 отслеживает подготовительную стадию разряда, а дискриминатор 3 активен во всем промежутке времени разряда искры. Блок разности 5 выполняет функцию вычитания двух описанных выше сигналов. Полученная разность больше длительности искры на длительность последнего импульса. Сигнал разности поступает в блок счета 4, где производится измерение его длительности известным способом и формирование пропорционального кода. Этот же сигнал также является управляющим для промежуточного запоминающего устройства и блока управления памятью. Промежуточное запоминающее устройство предназначено для временного хранения промежуточных результатов измерения. Блок управления памятью 7 через заданное число тактовых импульсов (сигнал с выхода блока счета 4) при прекращении сигнала разности генерирует импульс, при котором происходит запоминание итогового кода в блоке памяти 8. Запись кода в предварительное запоминающее устройство производится по фронту импульсов сигнала блока разности. Таким образом результатом измерения является код, пропорциональный длительности импульса блока разности без последнего импульса, что соответствует длительности искровой стадии разряда. Блок памяти 8 предназначен для хранения результатов измерений серии разрядов для последующей индикации или дальнейшей обработки.

Итак, в предлагаемом устройстве расширены функциональные возможности за счет добавления возможности измерения длительности апериодического разряда, а также повышена точность измерения.

Использование: для измерения длительности процессов в свечах зажигания при апериодическом или колебательном разряде и устройствах аналогичного назначения. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет добавления возможности измерения длительности искры апериодического разряда и в повышении точности измерения. Измеритель длительности искры содержит датчик напряжения, первый и второй двухпороговые дискриминаторы уровня, блок счета, блок разности, содержащий, например, инвертор и элемент И, промежуточное запоминающее устройство, блок управления памятью, состоящий, например, из счетчика и элементов И, блока памяти, причем выход датчика подключен к двум дискриминаторам, выход первого дискриминатора подключен к первому входу блока счета и первому входу блока разности, выход дискриминатора подключен ко второму входу блока разности, выход блока разности подключен ко второму входу блока счета, первому входу промежуточного запоминающего устройства и первому входу блока управления памятью, первый выход блока счета подключен ко второму входу промежуточного запоминающего устройства, второй выход блока счета подключен ко второму входу блока управления памятью, выход промежуточного запоминающего устройства подключен к входу блока памяти, выход блока управления памятью подключен к блоку памяти. 5 ил.

Измеритель длительности искры, содержащий датчик, два дискриминатора уровня, блок счета, отличающийся тем, что датчик выполнен в виде делителя напряжения, введены блок разности, промежуточное запоминающее устройство, блок памяти и блок управления памятью, кроме того, выход датчика подключен к двум дискриминаторам уровня, выходы дискриминаторов уровня подключены к блоку разности, причем выход одного из дискриминаторов уровня также подключен к первому входу блока счета, выход блока разности подключен ко второму входу блока счета, первому входу промежуточного запоминающего устройства и первому входу блока управления памятью, первый выход блока счета подключен ко второму входу промежуточного запоминающего устройства, второй выход блока счета подключен ко второму входу блока управления памятью, выход промежуточного запоминающего устройства подключен к входу блока памяти, выход блока управления памятью подключен к блоку памяти.