Устройство для измерения мощности двигателя Советский патент 1983 года по МПК G01L3/24 

Изобретение огносится к иамеригепьI ной технике, в частности к элекгронным I-приборам, предназначенным для измерения мощности преимущественно двигателей внутреннего сгорания, и может быть испо71ьзовано как в качестве автоно ашго прибора, так ив качестве устройства, встраиваемого в диагностическую измери тельную систему, PIsBecTHo устройство для измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения, подключенный через селектор уровня к программному переключателю, генератор времеш1ых импульсов, реверсивный счетчик, соединенный с аналоТовым вычисл.ительным устройством i , Недостатками данного устройства являются низкая точность и узкая область его применения, обуслонленная необходимостью установки на двигателе специаль ного датчика частоты вращения, вырабатывающего многоимпульсный сигнал при одном обороте вала двигателя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения, селектор уровня, блок формирования угловых отметок, задатчик номера угловой отметки, распре дегаитель сигцалов, генератор импульсов образцовой частоты, счетчик иЬ пульсов, вентили, вычислитель и ключ, выход которого через блок формирования угловых отметок подключен к входам распределителя сигналов и задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управ)тяющему входу блока формирования угловых отметок, (а выход генератора импульсов образцовой частоты подклю чен к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с первым выходом распределителя сигналов, второй выход которого соедине с управляющим входом вентилей, включен иных между выходом счетчика импульсов и информационным входом вычислителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом распределителя сигналов и первым управляющим входом ключа второй управляющий вход которого соединен с выходом селектора уровня Е . Однако известное устройство также имеет ограниченную область применения, посколысу для его нормальной работы н обходимо, чтобы датчик частоты вращени располагался напротив венцй зубчатого колеса двигатели, что Возможно далеко не во всех типах двигателей. Целью изобретения является расширение области применения за счет упрощения сопряжения с испытуемым двигателем. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения, селектор уровня, блок формирования угловых отметок, задатчик номера угловой отметки, распределитель сигналов, генератор импульсов образцовой частоты, счетчик импульсов, вентили, вычислитель и ключ, выход которого через блок формирювания угловых отметок подключен к входам распределителя сигналов и задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отметок, а выход .генератора импульсов образцовой частоты подключен к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с первым выходом распределителя сигналов, второй выход которого соединен с управляющим входом вентилей, включенных между выходом счетчика импульсов и информационным входом вычислителя, уп-,, равляющий вход которого соединен с третьим выходом распределителя сигналов и первым управпяющ11м входом ключа, второй управляющий вход которого соединен с выходом селектора уровня, введены два отметчика экстремумов , формирователь временных интервалов, формирователь управляющих сигнацов и элемент ИЛИ, причем распределитель сигналов и вычислитель снабжены дополнительными входами, . которые соединены с вторым управлякщим . входом ключа, при этом выход датчика частоты вращения соединен с первыми входами формирователя управляющих сигналов и отметчиков экстремумов, выходы которых подключены соответственно к пфвым и вторым входам формирователя временных интервалов и элемента ИЛИ, вы- Ход которого подключен к сигнальному входу ключа, причем выход формирователя управляющих сигналов подзвдючен к вторым входам отметчиков экстремумов, а его второй вход соединен с одним из входов формирователя временных интервалов, выход которого подключен к входу селектора уровня. При этом каждый из отметчиков экстремумов содержит делитель / формирователь импульсов, элемент памяти, ключ, а также два компаратора и преобразоватейь амплитуш ых значений, первые входы которых соединены между собой, при этом второй вход преобразователя амплигудных значений соединен с первым вхо31Одом элемента памяти, а выход - с вторыми входами первого компаратора и элемента памяти, выход которого через делитель подключен к второму входу .второго компаратора, выход которого подключей к первому входу ключа, бторой вход которого через формирователь импульсов соединен с выходом первого ком паратора. На фиг. 1 дана структурная электрическая схема устройства для измерения мощности двигателя; на фиг. 2 - то же, отметчика экстремумов; на фиг. 3 сигнал на выходе индукционного датчика частоты вращения. Устройство содержит индукционный датчик 1 частоты вращения, селектор 2 уровня, ключ 3, блок 4формирования уг ловых отметок, задатчик 5 номера угловойотметки, распределитель 6 сигналов и последовательно соединенные генератор 7 импульсов образцовой частоты, счетчик 8 импульсов, вентили 9 и вычислитель 10. Выход селектора 2 соединен с первым управляющим входом ключа 3, выход которого подключен через блок 4 к эадатчику 5, и к распределителю 6. Пер вый выход распределителя 6 соединен с установочным входом счетчика 8, второй выход - с управляющим входом ветилей 9, а третий выход - с вторым управляю щим входом ключа 3 и с входом управления вычислителя 10. Выход радатчика 5 подключен к управляющему входу блока 4. В устройство введены отметчики 11 и 12 экстремумов, логический элемент ИЛИ .13j формирователь 14 временных интервалов и формирователь 15 управляющих сигналов. Выход датчика 1 соединен с входами отметчиков 11 и 12. ис первыми входами логического элемента 13 и с первым входом формирователя 14, выход отметчика 12 соединен с вто рыми входами логического элемента 13 и формирователя 14 и с вторым входом формирователя 15, -выход которого подключен к управляющим входам отметчиков 11 и 12, Выход логического элемента 13 соединен с входом ключа 3, а выход формирователя 14. соединен с входом селектора 2, выход которого под ключен к управляющим входам задатчика 5, распределителя 6 и к дополнительному входу управления вычислителя 10. Отме тчики 11 и 12 экстремумов (фиг. 2) соДержат преобразователь 16 амплитудных значений, элемент 17 памя ти, делитель 18, компараторы 19 и 20 84 формирователь 21 импульсов и ключ 22. Вход преобразователя 16 параллельно с первыми входами коьтаратора 19 и 20 соединен с входом 23 соответствующего отметчика. Выход преобразователя 16 подключен через последовательно соединенные элемент 17 и делитель 18 к второму входу компаратора 19 и непосредственно к второму входу компаратора 20, выход которого подключен через последовательно соединенные формирователь 21 и ключ 22 к выходу 24 соответствующего отметчика. Управляющий вход ключа подключен к выходу компаратора 19, а управляющий вход преобразователя 16 . параллельно с. управляющим входом элемента 17 подключен к управляющему входу 25 соответствующего отметчика. Устройство сопрягается с испытуемым двигателем посредством установю индукционного датчика частоты.вращения напротив отверстия в маховике. Возможно использование в качестве датчика частоты вращения штатного отметчика опорной точки, входящего в комплект двигателя. Диаметр отверстиясоответствует фиксированному .углу ctp-поворота вала двигателя. При вращении маховика отверстие проходит мимо датчика, изменяет его магнитный поток и генерирует в нем двухполярный сигнал., форма которого приведена на фиг. 3. Экстремальные значения этого сигнала соответствуют максимальным скоростям изменения магнитного потока датчика, которые соответствуют моментам прохождения оси датчика мимо краев отверстия. При этом временной интерзал 7; экстремальными значениями сигнала соответствует, времени прохождения валом фиксированного угла который определяется диаметром отверстия и смещением его от оси вращения маховика, .т.е. конструктивными параметрами двигателя. В соответствии с динамическим мегодом мощность двигателя определяется выражениемЭ .и;„„(-1) 100o cp гдеВ---- - угловое ускорение вала гателя, измеренное на интервале изменения угловой скорости от tu до на вреiu uj,2 угловая скорость (ср --2- на участке измерения ускорения. 1 Угловая скорость IAJ при повороте на угол обр определяется выражением П -2 kьи , где К т - время прохождения ъапом угла ct при угловой скорости с учегом вы ражешш (2). ср где 2 - времена прохонщения валом угла с() соответственно при угловых скоростях U; и w, „1.., ., Пусть интервал t., изменения угловой , скорюсти от W- до 102 соответствует углу оСр поворота вала.. Тогда, средняя угловая скорость равна В частности, если угол ot равен или кратен ЗеО соответствует то число 1 числу полных оборотов вала. Из выражений (4) и (5) получаем 4. ( + ИЗ 2, Окончательно выражение (1) дан определения мощности двигателя Ne с учетом выражений (З), (4) и (6) принимает вид /Г -f I (S 2 If л. Т 1 иъ (-I tg/ Мощность NB может быть определена по результатам измерения временных нитервалов f и С /соответствующих временам прохождения валом фиксированного угла поворота о при разгоне двигателя, и времени t.jмежду моментами появления интервалов f и соответствующего времени прохождения валом фиксированного угла поворота otg,,B частности, время nkj может соответствовать одному или нескольким полным оборотам вала. Предлагаемое устройство работает сле дующим образом. При вращении вала двигателя на выходе инду.кционного датчика 1 частоты вра786щения образуется поспедовагельность биполярных импульсов, формирующихся при прохождении мимо датчика 1 отверстия на маховике двигателя (фиг, 3), Период следования Т- биполярных импульсов равен времени i -го полного оборота вала. Сигнал с выхода датчика 1 поступает на входы отметчиков 11 и 12 экстремумов и на первый вход формирователя 15 управляющих сигналов. При подходе отверстия меховика к датчику 1 на выходе последнего формируется импульс положительной полярности, который достигает своего амплитудного значения при прохохадении края отверстия мимо оси датчика 1. В этот момент отметчик 11 формирует короткий импульс, который поступает на первые входы логического элемента ИЛИ 13 и формиро-. . --.-. -- - ..-...ч. вателя 14 временных интервалов. ПослеД.. , НИИ срабатывает и формирует на своем выходе единичный сигнал. При удалении отверстия от датчика 1 на выходе последнего формируется импульс отрицательной полярности, который достигает своего амплитудного значения при прохождении мимо оси датчика 1 другого края отверстия, В этот момент отметчик 12 формирует короткий импульс который поступает на вторые входы логического элемента ИЛИ 13 и формирователя 14 временных интервалов. При этом происходит обратное срабатывание формирователя 14 и на его выходе устанавливается нулевой уровень сигнала. Одновременно импульс с выхода отметчика 12 поступает на второй вход формирователя 15 управляющих сигналов и вызывает его срабатывание. При этом значение .сигнала на его выходе не изменяется. При снижении уровня сигнала отрицательной полярности на первом входе формирователя 15 до уровня, близко-го к нулевому, происходит обратное срабатывание формирователя 15 и на его выхоДе форкшруется импульс. Этот импульс поступает на управляющие входы отметчиков 11 и 12 и устанаашвает последние в исходное состояние, подготавливая их к приходу, следующего сигнала датчика 1. При повороте вала на полный оборот процесс повторяется, В результате на выходе формирователя 14 образуется последова тельное ть импульсов дпи тельное тью чГ равной времени прохождения мимо датчика 1 отверстия в маховике и соответст- вуЪщей фиксированному углу d-g поворота вала. Период следования этих импульсов равен времени -го папного оборота вала. Соответственно на выходе элемента ИЛИ 13 образуетч:;я последовательность парных импульсов с тем же периодом сле дования Т. j сдвинутых друг относительно друга на интервал времени Г- . При йтом момент появления фронта одного из импульсов совпадает с моментом появления фронта импульса формирователя 14, а момент появления фронта другого импульса на выходе логического элеменга ИЛИ 13 совпадает с моментом появления среза импульса формирователя 14. Импульсы с выхода логического элемента 13 поступают на вход ключа 3, а импульсы с выхода формирователя 14 на вход селектора 2 уровня. До начала измерения ключ 3 и выход селектора 2 заблоютрованы. Перед началом измерения вручную по командам оператора или автоматически по командам блока управления диагностической измерительной системы в задатчик 5 номера угловой отметки вводится число NJ 2 i + 1, где i - число полных оборотов вала, за которое произво. дится измерение ускорения, а также числа N 2 и N,v -N-/ + 1. В частном Ot-o-iОС 02 «ИЗ случае, когда измерение производится за один оборот вала, t-1 и соответственно 1 вручную или автоматически в исходное состояние устанавливается блок 4 формирования угловых отметок, задатчик 5 устанавливается в положение, соответствующее коду числа NQ 1 на своем выходе, и вводится соответствующая данной марке двигателя уставка f момента срабатывания селекто ра 2. После установки скоростного режима двигателя, соответствующего его холостому ходу, вручную или автоматически выход селектора 2 разблокируется. Селектор 2 сравнивает длительность поступающего на его вход интервала с заданной уставкой tT - При работе двигателя на холостых оборотах селектор 2 по окончании текущего интервала С формирует короткий импульс, сигнализиру ющий о том, что угловая скорость меньше заданного значения. Этот импульс раз блокирует ключ 3 и устанавливает в ис- ходное состояние блок 5, распределитель 6 и запоминающее устройство вычислите ля 10. Образующийся в начале следующе -го интервала Т- импульс на выходе элемента 13 поступает через разблокирован ный ключ 3 на счетный вход блока 4, порог срабатывания которого в этот момент равен единице (). По этому импульсу блок 4 формирует на своем вы ходе импульс, который поступает на управляюший вход задатчика 5 и на вход аспределителя 6. При этом на выходе задатчика 5 устанавливается код числа 2, а на первом выходе распреде 4 ителя 6 появляется импульс, устанавливающий счетчик 8 в исходное нулевое состояние. К моменту прихода на вход блока 4 следующего (N л -го) импульса, совпадающего по времени появления с окончанием интервала |В счетчике 8, на вход которого поступают импульсы с вычастотой fp будет хода генератора 7 с зафиксировано число Nj импульсов, равновМ - f Т- X о 1 Число NX обратно пропорционально угловой скорости вращения вала двигателя UJ.,., на его хааостом ходу, В момент прилл-го икшульса блока 4 формирует импульс, по которому на зада тчика 5 устанавливается код числа NI /а распределитель 6 сигналов вырабатывает импульс на своем втором выходе, поступающий на управляющий вход вентилей 9. При этом вентили 9 разблокируются и код числа выхода счетчика 8 импульсов счнть вается в запомГГнающее устройство вычислителя 10, образующийся по окончании временного интервала fимпульс на выходе селектора уровня 2 вновь устанавливает в исходное состоя- ние блок 5, распределитель 6 и запоминающее устройство вы.чисяителя 10. При этом порог срабатывания блока 4 вновь устанавливается равным единице (N si). Процесс повторяется с каждым оборотом вала. Затем резкой подачей топлива двига- т&т1ь разгоняется до максимальной угловой скорости. Селектор 2 уровня по сигналам формирователя 14 следит за увеличивающейся скоростью двигателя. При достижении или превышении угловой скоросзаданного значения и)„ значение текущего временного интервала на входе селектора 2 становится соответственно равным или меньщим его уставки д . В результате по окончании сигнала формирователя 14 импульс на выходе селектора 2 не формируется и в запоминающем устройстве вычислителя 10 остается зафиксированным число .L. -(8) . Число М обратно пропорционально угловой скорости вращения вала двигаге ля UJ на начальном участке измерения. Состояние задатчика 5 соответствует поступлению на вход блока 4 N, -го им пульса и на выходе задатчика 6 устанавливается код числа N , При повороте вала двигателя с момента начала интерва ла С на ; 1 полных оборотов на вход блока 4 поступает N импульсов, а на выходе формирователя 14 начинает форми роваться ( i + 1)-й интервал, К моменту прихода N -го импульса на вход блока 4 в счетчике 8 будет зафиксировано число импульсов, равное f. t Т, Число Nj пропорционально времени -Ь прохождения валом двигателя в процессе его разгона угла об поворота, соогветогвугацего i полным оборотам вала,, В момент прихода Nj импульса по сигналу блока 4 на вЬгходе Задатчика 5 устанавливается код числа fvl j а по сигналу, появляющемуся на втором выходе распределитачя 6, вентили 9 снова разблокируются и код числа N з, переписывается в вычислитель 10. Через время, необходимое для уверенной перегшси кода счетчика 8 импульсов в вычислитель 10, появляется сигнал на первом выходе распределителя 6 сигналов, устанавливающий счетчик 8 в исходное ьгуле- вое состояние. В результате к моменту прихода следующего N; -го импульса на вход бдока 4 в счетчике 8 будет зафиксировано число N2 импульсов, равное Число N2 обратно пропорционально уг ловой скорости вращения вала двигателя ш на конечном участке измерения, В момент прихода М -го импульса по Сигналу с выхода блеяла 4 . запатчик 5 будет установлен в исходное состояние, а по сигналу на втором выходе распределителя 6 в вычислитель 10 будет считан код числа N2 Через время, необходимое для уверенной переписи кода 8 в вычислитель 1О, на третьем выходе распределителя 6 сигналов появляется сигнал, который блокирует по. в тар ому управляюшёK-iy входу ключа 3 и одновременно вырабатывает команду на вычисление вычисли телю 10. С учетом вьфажений (8)-(1О) выражение (7) для вычисления мощности принимает вид (N. « При этом величины N , N и N яв, явля.ются переменными для вычислителя 1О, а величина С является постоянной для данной марки двигателя и вводится в вычислитель 10 перед началом измере1тй. Отметчик 11 экстремумов работает следующим образом. На первые выводы компараторов 19и 2О и на вход преобразователя 16 амплитудных значений по шине 23 поступает сигнал с выхода датчика 1 i При достижении импульсом положительной полярности амплитудного значения U на выходе преобразователя 16 фиксируется уровень постоянного напрялкния, равный U-y-. Сигнал с выхода преобразователя 16 поступает на вход элемента 17 памяти и на второй вход компаратора 20. При про.хождении импульса положительной полярности своего амплитудного значения уровень сигнала на втором входе компаратора 20 начинает превышать уровень сигнала на его первом входе. Компаратор 20срабатывает в момент достижения разности уровней сигналов на его входах порога чувствительности и формирует на выходе единичный сигнал. По перепаду уровня сигнала на выходе компаратора 20 срабатывьает формирователь 21 и формирует короткий импульс, поступающий на вход ключа 22. В момент достижения сигналом датчика 1 на срезе импульса отрицательной полярности уровня, близкого к нулевому, на управляющем входе 25 отметчика 11 появляется импульс, поступающий на управляющий вход элемента 17 памяти. При этом на выходе последнего устанавливается сигнал постоянного напряжения, равный ПС уровню сигналу U на выходе преобразователя 16. Одновременно импульс, появляющийся на управляющем входе 25 отметчика 11, поступает на управлякщий вход преобразователя 16 и последний по срезу этого, импульса устанавливается в состояние, соответствующее нулевому уровню сигнала на его выходе. В-результате при достижении сигналом Датчика 1 нулевого уровня происходит обратное срабатывание компаратора 20 и- на его выходе устанавливается нулевой уровень сигнала. Процесс повторяется с появлением очередного сиг нала датчика 1. Сигнал с выхода элемента 17 памяти через делитель 18 с коэффициентом деления К 1 поступает на второй вход ком .паратора 19 и устанавливает порог U его срабатывания равный т.е. пропорциональный, но меньший по уровню амплитудного значения импульса положительной полярности. В результате с приходом каждого импульса положитель ной полярности компаратор 19 срабатыва ет и формирует импульс, фронт которого .опережает, а срез запаздываетотносител но момента появления импульса формирователя 21. Импульс с выхода компаратора 19 поступает на управляющий вход ключа 22 и разблокирует его на время своей длительности. Импульс, образующийся на выходе формирователя 21, через разблокированный ключ 22 поступает на выход 24 отметчика 11. При достаточно малом значении порога чувствитель ности компаратора 20 фронт импульса, об разующегося на выходе отметчика 11 прак тически совпадает с моментом экстремума импульса положительной полярности. Амплитуда импульса положительной по лярности сигнала датчика 1 изменяется пропорционально изменению угловой скорости вращения вала двигателя. Соответственно изменяется уровень сигнала помехи на выходе датчика 1, вызываемого неровностями поверхности маховика (раковины, трещины и т.п.) Однако по скопьку порог Up, срабатывания компаратора 19 также изменяется пропорционально иамеаению амплитуды импульса положительной полярности, то при соот ветствующем выборе значения коэффицнекга деления делителя 18 значение порога Up всегда превышает уровень сигнала помехи. В результате при появлении импульса помехи на входе .отметчика 11 ключ 22 остается заблокированным и формирование ложных импульсов экстремумов на участках между моментами появления полезного сигнала датчика 1 исключается. Отметчик 12 экстремумов работает аналогичным образом с той лишь разницей, что преобразователь 16 этого отметчика фиксирует на своём выходе сигнал постоянного напряжения, равный по уровню амплитуде импульса отрицательной полярности. Соответственно формирователь 20 отметчика 12 формирует импульс, фронт которого практичесю совпадает с моментом экстремума, импульсом компаратора 19, формируемым на уровне пропорциональном, но меньшем амплитудного значения импульса отрицательной полярности. Введение новых элементов - двух отметчиков экстремумов, логического элемента ИЛИ, формирователя временных интервалов и формирователя управляющих сигналов - выгодно расширит область применения за счет обеспечения возможности использования индукционного датчика частоты вращения, формирующего за оборот вала двигателя только один сигнал. Положительный эффект-достигается тем, что предлагаемая конструкция позволяет производить измерения угловой скорости вращения вала в течение длительности сигнала индукционного датчика частоты вращения путем измерения интервала времени между моментами-появления экстремумов биполярного импульса этого датчика. При этом предлагаемая конструкция отметчика экстремумов позволяет исключить появление ложных экстремумов менсду участками появления полезного сигнала датчика частоты вращения. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять мощность на любых типах двигателей внутреннего сгорания.

1. УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ, содер. жащее датчик частоты вращения, селектор уровня, блок формирования угловых отметок, задатчик номера угловой отметки, распределитель сигналов, генера: тор импульсов образцовой частоты, счетчик импульсов, вентили, вычислитель и ключ, выход которого через блок формирования угловых отметок под1шючен к входам распределителя сигналов и задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отметок, а выход генератора импульсов образцовой частоты . подключен к счетному входу счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с первым выходом распределителя сигналов, второй выход которого соединен с управляющим входом вентилей, включенных между выходом счетчика импульсов и информационным входом вычислителя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом распределителя сигналов и первым управляющим входом ключа, второй управляющий вход которого соединен с выходом селектора уровня, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем упрощения сопряжения с испытуек-пым двигателем, в него введены два отметчика экстремумов, формирователь временных интервалов, формирователь управляющих сигналов и элемент ИЛИ, причем распределитель сигналов и вычислитель снабжены дополнительными входами, которые соединены с вторым упранляюшим входом ключа, при этом выход датчика частоты вращения соединен с первыми входами формирователя управляющих сигналов и отметчиков экстремумов, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам формирователя временных интервалов и элемента ИЛИ, выход которого подключен к сигнальному входу ключа, причем выход i формирователя управляющих сигналов подключен к вторым входам отметчиков экстремумов, а его второй вход соединен с одним из входов формирователя временных интервалов, выход которого подключен к входу селектора уровня. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что каждый из отметчиков экстремумов содержит делитель, 00 о формирователь импульсов, элемент памяти, ключ, а также два компаратора и пре05 образователь амплитудных значений, пер вые входы которых соединены между со00 бой, при этом второй вход преобразователя амплитудных значений соединен с первым входом элемента памяти, а выход - с вторыми входами первого компаратора и элемента памяти, выход кото-, рого через делитель подключен к вгоро- .му входу второго компаратора, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого через формирователь импульсов соединен с выходом первого компаратора.