Устройство для измерения среднего индикаторного давления и индикаторной мощности двигателя Советский патент 1983 года по МПК G01L23/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в-частности к устройствам для контроля среднего индикаторного давления и индикаторной мощности двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспорте и в областях народного хозяйства, где используются двигатели внутреннего сгорания.

Известны устройства для измерения среднего индикаторного давления и индикаторной мощности двигателя, содержащие датчики давленияJ функдиональный преобразователь угла поворота, усилители, аналоговый умножитель, интегратор, переключатель и индикатор о

Недостаток известногоустройства обусловлен ограниченной областью применения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения среднего индикаторного давле11ия и индикаторной мощности двигателя, содержащее последовательно соединенные датчик давления5 основной усилитель, модулятор, инвертор, аналоговый переключатель, первый фильтр низких частот, управляемь й ключ и второй фильтр низких частот, а также функциональный преобразователь угла поворота подключенный к модулятору и через формирователь импульсов к иходу управляемого ключа, датчики отм(2ток верхней и нижней мертвых точек подключенные к аналоговому переключателю, и два регистратора, подключенных к фильтрам низких частот 2J ,

Недостатками указанного устройства являются низкая оперативность, неудобство в эксплуатации, связанное с его перестройкой при использовании в двигателях различной тактности, и большая вероятность паявления грубых промахов при измере1лте.

Цель изобретения - повьшение оперативности устройства и удобства в его эксплуатации,

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения среднего индикаторного давления и индикаторной мощности двигателя5 содержащее последовательно соединенные датчик давления, основной усилитель, модулятор, инвертор, аналоговьп переключатель, первый фильтр низких частот 5 управляемой к.пюч и второй г1в4пьтр низких частот 5 а также фушсциональ ый преобразователь угла поворота, подключенный к модулятору и через формирователь импульсов к входу управляемого ключа, датчики отметок верхней и мертвых точек, подключенные к аналоговому переключателю, и цва регистратора, подключенных к фильтрам низких частот, введеньц операционный усилитель с резистором в цепи обратной связи, два асштабных резистора, аналоговый КЛЮЧ , три триггера, два элемента И и компаратор, при этом вход операционного усилителя подключен к первому фильтру низких частот через цепь, состоящую из посредовательно соединенных первого масштабного резистора и аналогового ключа и паралельно подключенного им второго масштабного резистора, а.выход - к основному входу управляемого ключа, вход компаратора подключен к выходу основного усилителя, а его выходы к входам первого триггера, выходь которого подсоединены к входам второго триггера и к входам злементов И, к.другим входам которых подключен выход второго триггера, выходы элементов Н подключены к входам третьего триггера, выход которого подключен к управляющему входу аналогового ключа, причем тактовый вход первого триггера подключен к выходу датчика верхних мертвых точек, а тактовые

входа третьего и второго триггеров к выходу датчика нижних мертвых точек.

На фиг, I представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы его работы при измерении в двухтактных и четырехтактных двигателях соответственно,

Устройство содержит датчик 1 давления , установленный в цилиндре двигателя и подсоединенный к основному усилителю 2, датчик 3 угловых меток, подсоединенный к функциональному преобразователю 4 угла поворота, соединенного с импульсным модулятором 5. Выходы основного усилителя 2 и им- пульсного модулятора 5 соединены с модулятором 6. Кроме того, выход усилителя 2 подсоединен к входу компаратора 7, а выход 3 датчика угловых меток через формирователь 8 подсоединен к управляющему входу управляемого ключа 9. Выход .модулятора 6 подключен к аналоговому переключателю 10 непосредственно и через инвертор 3 11, Выход переключателя 10 через пер вый фильтр 12 низких частот соединен с индикатором 13 среднего индикаторного давления. Выход Лильтра 12 низких частот соединен также через масш табные резисторы R и Rj с входом операционного усилителя 14, в цепь обратной связи которого включен резистор Re. При этом последовательно с резистором R включен аналоговый ключ 15. Выход операционного усилите ля 14 через управляемый ключ 9 и вто рой фильтр I6 низких частот подсоеди нен к индикатору 17 мощности. Управлянщие входы аналогового переключателя 10 подключены к датчику 18верхней мертвой.точки и к датчику 19нижней мертвой точки. Выходы компаратора 7 подключены к триггеру 20 выходы которого подключены к триггеру 21 и к одним из входов элементов И 22 и 23. К другим входам элементов И 22 и 23 подключен выход триггера 21, Выходы элементов И 22 и 23 подклинены к входам триггера 24, выход которого соединен с управляющим входом ключа 15, Тактовый вход тригге.ра 20 подключен к выходу датчика 18 а-тактовые входы триггеров 21 и 24 i к выходу датчика 19. Среднее индикаторное давление Ропределяете из выражения 1Г PlcfVlqiJdip, - текущее давление газов в цилиндре двигателя; jlll(sint , Sl MlSiii SinCf--- sin Cf - функция связывающая смещение поршня от верхней мертвой точки с углом поворота коленчатого вала. / - - отношение ради- и- - уса кривошипа к длине шатуна. Индикаторная мощность NI , где А - постоянная двигателя,учитывающая конструктивные и дру гие способности; 0-4 Z - тактность двигателя (Z 1/2 для четырехтактных и Z I для двухтактных двигателей); п - частота вращения коленчатого вала двигателя. Измерение среднего индикаторного давления производится следующим образом. При работе двигателя давление газов в цилиндре преобразуется датчиком в электрическое напряжение, которое усиливается основным усилителем 2 до необходимой в.еличины и поступает на вход компаратора 7 и основной вход модулятора 6. Одновременно с этим функциональный преобразователь 4 угла поворота на каждый входной импульс с датчика 3 формируе текущее значение функции т ((f) . Напряжение, пропорциональное (U (Cf) , поступает в импульсный модулятор 5, который преобразует его в серию импульсов, длительность которых отображает амплитуду функции (U ((j)) . Эти импульсы поступают на управляющий вход модулятора 6 Под действием этих импульсов ключ модулятора 6 периодически замыкается и аналоговый сигнал р ((f) на его выходе оказывается промодулирован1 ым им1ульсами/и ((f) Таким образом, сигнал на выходе модулятора 6 будет состоять из серии импульсов, причем амплитуда каждого импульса пропорциональна р ((f) , ширина пропорцинальна (ер) , площадь, произведению Р ((f)-flJ ((р) . Далее сигнап поступает па фильтр 12 низких частот через аналоговый переключатель 10, который в периал; такта сжатия подключает к фильтру 12 выход модулятора 6 через инвертор 11, а в период такта расширения - непосредственно. Таким образом, аналоговый переключатель 10 осуществляет разделение по знаку напряжений, определяющих работу за такты сжатия (знак -) и расширения (знак +) . В результате на выходе фильтра 12 низких частот выделяется постоянная составляющая этого напряжения, которая отражает разницу работ за такты расширения и сжатия, т.е. величину Р . Напряжение на выходе фильтра 12 низких частот регистрируется индикатором 13, шкала которого проградуиро- вана в значениях среднего индикаторно давления, Управление аналоговым переключателем 10 осуществляют сиг- 5 Яйлы даучйков :8 и 19 При этом 3i да чики: а также датчик 3 у1 ловь1Х леток н Г 0€ойрйзователь 4 угла пов рота с ймпульсгагм модулятором 5 iЮ бртъ Бьшолпены например; в виде к дового диска с прорезями 5 как в пр тотипе. Выбрав постоянную фильтра ьшзкой частоты достаточно большой;, можно усфеднить значения по ряд последовательных Ц:-г1е;юв, что повыша ат точность контроля благодаря исключения fljMH№SK нестабильности рабочего процесса. Измерение индикаторной мощности двигателя N, производится следу ошим образом. Для автоматической установки коэ фициента тактности 3 цепь передачи сигнала от фильтра 2 кизкой частот к управляемому ключу 9 включают one рационньй усютитель 1 4,, выпол-няющий роль Передаточного звена с ко зффициентаии передачи, Уора / зависят от уровня напряжешш г:равкеник (;,г,, , подэваеного ка второ ;«гой,паратор Вкличйн этого ащ5«:аеьи,;я ч:Ьбяр,ют :3 уилсвия OXE ч-а аонь игсгу,я;ьса взрхиай мертвей :Очки (фигу 2 и ЗК ПРИ появленкк уровня сигЕ-:алг оольшего , гр компара /ор У срабатывает и на его прямом (единичном) выходе полЕляется логи:ec:,3i: sjiKHiina, а ка кнверг-ком ( . itc ервону импульсу верхкей ,: с вьп(:ода датчнка 18 :,, f:L у Г;;-&тгаз пжЕг.етс:л в состоя (ф1,:АУ 2д} . По лервоыу ,HHn:№ :v ,1:. Mi-p; ;ОЙ ТОЧКИ С: ВЫХОДЯ ДП i:,,;-, 1 :,:-, ::; 2i гаКЛСЗ УСТанйЕЛК,:,:; V ..: Т С :-з:ж5в Г (ткг- 2е) ,, 0fe Следуюгцнй импульс верХЕ-гей мертвой точки не изменит состояния триггера 20.) поэтому на выходе элемента И 22 будет логическая единица, а на выходе элемента 23 - логический ноль. Тогда второй импульс нижней мертвой точки с выхода датчика 19 установит триггер 24 в состояние И (фиг, 2ж) . Ъ результате этого аналоговый клнзч 15 окажется замккутьгм и коэффициент передачи усилителя 1,4 будет равным Kj Поскольку состояния триггеров 20 vi 21 в д,альнейшем иэме5тятьс,я не будут, то состояние триггера 24 сохранится,, , аналоговый ключ 15будет постоянно замкну , В четырехтактном двигателе аналогично двухтактному на выходах компаратора 7 при увеличении сигнала выше iJcp появятся сигналы:: на прямом на инверсном - О. Первый нм-пульс верхней .мертвой точки установит триггер 20 в состояш-ге,; в которого находится компаратор 7. т,в. на :прямом выходе Триггера 20 будет .г ,, а на инверсном О . По первомз- импульсу н:иэк:аей мертвой точки триггер 21 примет состояние триггера 20, Во время хо,пгостого хода (ошг. За,, б) томпаратор 7 не сработает, поэтому на его пряном выходе будет О ., а на vHBepcuoM , Тогда второй имп-ульс архкей мертвой точки с датчика , 8 изменит состояние триггера 20 на противогю,пожное,; т,е, на его прямом вь хода будет 0% а на икверснхзм Р. догда на вьходе элемента И 22 будет О,; а на выходе элемента И 23 по-явится , Второй импульс нижней кертвой точки установит триггер 24 з состояние О (по этому импульсу триггер 21 также пере;йдет в О)- В результате аналоговый ключ 15 разойккется к ко:эффициент передачи vcHnH-теля IQ станет Y,f /2 В следз япчен рабочем цикле - ркггео vO по импульсу с датчика верхней ::,1ертзой точки 18 перейдет в состоят-ше j тогда как триггер 21 будет : родолжать находиться: в состоянии 1,,, ,позто,у на выхоггах элемент,ОЕ И .2 и 23 будет логический ноль до тех пор,, пока очередной Ks miyHbc с датчика 3 9 мертвой точки не измет-эдт состо, триггера 2.1 ., , в ,зм случае триггеры 20 и 21 будут Г(се:гда находиться в гротизоположном состоянии (фиг о Зд; е) ,

Таким образом, в случае четырехтактных двигателей на выходе триггера 24 всегда будет поддерживаться О , а аналоговый ключ 15 будет находиться в разомкнутом состоянии, Поэтому на вход управляемого ключа 9 в зависимости от тактности двигателя будет подводиться различное действующее напряжение. Этб напряжение модулируется импульсами формирователя 8, частота повторения которых пропорциональна частоте вращения вала дни

гателя.После выделения постоянной составляющей фильтром 16 низкой частоты напряжение, пропорциональное Nj,может регистрироваться индикатором 17.

Автоматическое введение корректировки передачи сигнала при его обработке в зависимости от тактности двигателя повышает оперативность работы устройства и удобство его в эксплуатации, исключает грубые ошибки, при измерениях индикаторной мощности двигателя.

..JllL

Nl

Nl

«I

r

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ИНдаКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ИНДИКАТОРНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 5 содержащее последовательно соединенные датчик давления, основной усилитель , модулятор, инвертор, аналрговый переклктчатель, первый фильтр низких частот, управляемый ключ и второй фильтр низких частот, а также функциональный преобразователь угла поворота, подключенный к моду.лятору и через формирователь импульсов к входу уирарляемого ключа, датчики отметок верхней и нижней мерт,вых точек, подключенные.к аналоговому переключателю, и два регистратора, подключенных к фильтрам низких частот. отличающееся тем. что, с целью повышения оперативности и удобства в зксплуатации, в него введены операционный усилитель с резистором в цепи обратной связи, два масштабных резистора, аналоговый ключ, три триггера, два элемента И и компаратор, при этом вход операционного усилителя подключен к первому фильтру низких частот через цепь, состоящую из последовательно соединенных первого масштабного резистора и аналогового ключа и параллельно подключенного им второго масштабного резистора, а выход - к основному входу управляемого ключа, вход компаратора подключен к выходу основного усилителя, а его выходы (Л к входам первого триггера, выходы которого подсоединены к входам второс го триггера и к входам элементов И, к другим,входам которых подключен тоход второго триггера, выходы элементов И подключены к входам третьего триггера, выход которого подключен 4 к управляющему входу аналогового клюСП ча, причем тактовый вход первого о триггера подключен к выходу датчика верхних мертвых точек, а тактовые 00 входы третьего и второго триггеров - к выходу датчика нижних мертвых точек.