Устройство для измерения мощности двигателя Советский патент 1984 года по МПК G01L3/24 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к элек ронным приборам, предназначенным для измерения мощности преимуществ.енно двигателей внутреннего сгорани и может быть использовано как в ТГачестве автономного прибора, так и устройства, встраиваемого в измерительную систему. Известно устройство для измерени мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения, формирователь временных интервалов, преобразователь временных интервалов и вычислитель tl 3Недостатком устройства является низкая точность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для измерения мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков зкст ремумов, вычислитель, преобразователь временных интервалов и формиро ватель временных интервалов, два входа которого соединены с соответствукяцими выходами блока отметчиков зкстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала С2 . Однако известное устройство также обладает недостаточной точностью из-за нелинейности преобразования, обусловленной тем, что минимальный интервал, на котором производится измерение, превьшает времяодного оборота вала. Цель изобретения - повышение точ ности за счет сокращения времени измерения. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчи ков экстремумов, вычислитель, преоб разователь временных интервалов и формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с соот ветствующими выходами блока отметчи ков экстремумов, вход которого сое динен с выходом датчика частоты вра щения вала, введены блок передачи данных, два переключателя, пиковый детектор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, аналого-цифрово преобразователь, формирователь управляющих сигналов и инвертор, выход которого соединен с одним входо одного переключателя, а вход - с датчика частоты вращения вала и вторым входом одного переключателя, выход которого соединен с одним входом пикового детектора, выход последнего соединен с одними входами дифференциапьного усилителя, второго переключателя и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход последнего соединен с вторым входом второго переключателя, выход которого соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего соединен с одним входом блока передачи данных, второй и третий входы которого соединены соответственно с одним и вторым выходами преобразователя временных интервалов, вхрд которого соединенс выходом формирователя временных интервалов и входом формироват.еля управлякнцих сигналов;, один выход которого соединен с вторым входом пикового детектора, второй - с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а третий - с вторым входом элемента памяти, третьими входами переключателей и четвертым входом блока передачи данных, выход которого соединен с вычислителем. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - то же, блока обработки данн) на фиг. 3 сигнал на выходе датчика частоты вращения вала. Устройство для измерения мощности двигателя содержит индукционный датчик 1 частоты вращения вала, блок 2 отметчиков экстремумов, формирователь 3 и преобразователь 4 временных интервалов, блок 5 передачи данных, вычислитель 6 и блок 7 обработки данных. Выход датчика 1 частоты вращения вала связан с информационным входом блока 7 обработки данных, а также через блок 2 отметчиков экстремумов с первым и вторым входами формирователя 3 временных интервалов, выход которого связан с входом преобразователя 4 временных интервалов и управляющим входом блока 7 обработки данных. Преобразователь 4 временных интервалов и блок 7 обработки данных имеют информационные и управляющие выходы, которые соединены с соответ-. ствующими входами блока 5 передачи даь-ных, вьгход которого подключен к вычислителю 6, выполненному в виде процессора. Блок 7 обработки данных (фиг. 2) содержит инвертор 8, первый переключатель 9, пиковый детектор 10, элемент 11 памяти, дифференциальный усилитель 12, второй переключатель 13, аналого-цифровой преобразо ватель 14 и формирователь 15 управляющих сигналов. Информационным входом 16 блока 7 обработки данных является соедине ные один вход первого переключателя 9 и вход инвертора 8, выход которог соединен с вторым входом первого переключателя 9, выход последнего соединен с одним входом пикового де тектора 10, выход которого соединен с одними входами дифференциального усилителя 12, второго переключателя 13 и элемента 11 памяти, выход последнего соединен с вторым входом дифференциального усилителя 12, выход которого соединен с вторым входом второго переключателя 13, выход последнего соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя 14, выход которого является информа ционным выходом 17 блока 7 обработки данных. Управляющим входом 18 блока 7 обработки данньк является вход формирователя 15 управляющих сигналов, один выход которого соединен с вторым входом пикового детектора 10 второй - с вторым входом аналогоцифрового преобразователя 14, а третий - с вторым входом элемента 11 памяти, третьими входами переклю чателей 9 и 13 и является управляющим выходом 19 блока 7 обработки данных. Формирователь 3 временных интерйгшов представляет собой логическое устройство с двуйя устойчивыми состояниями и двумя информационными входами. Преобразователь 4 временны интервалов/ построен на базе генератора импульсов образцовой частоты, счетчика импульсов и распределителя сигналов. По фронту и срезу входног импульса распределитель сигналов вырабатывает синхронизированные со срезом импульса генератора команды, по которым содержимое счетчика пере писывается в выходной регистр пре314образователя. При этом после выполнения команды переписи, формируемой после появления фронта входного импульса, счетчик импульсов сбрасывается в исходное нулевое состояние. В результате в выходном регистре попеременно фиксируются коды чисел, пропорциональных периоду .следования и длительности входных импульсов. На управляющем выходе преобразователя формируется импульс, фронт и срез которого сигнализируют об окончании преобразования соответственно периода следования и длительности выходного импульса. Блок 5 передачи данных обеспечивает прием и передачу в процессор 6 результата преобразованийпреобразователя 4 и блока 7 в ранге интерфейса процессора 6. Устройство для измерения мощности двигателя работает следующим образом. При вращении вала двигателя угловая метка (отверстие на маховике), установленная на маховике, длительность которой равна фиксированному углу oLn проходит мимо индукционного датчика, изменяет его магнитньгй поток и генерирует в нем двухполярный сигнал. Абсолютное значение амплитуды Uj этого сигнала линейно зависит от угловой скорости вращения вала ш Um где К(Ц - коэффициент преобразования датчика. Сигнал с выхода датчика 1 частоты вращения вала поступает на входы блока 2 отметчиков экстремумов и блока 7обработки данных. В момент прохождения мимо датчика 1 начала угловой метки импульс положительной полярности достигает своего амплитудного значения. Блок 2 отметчиков экстремумов формирует в этот момент на соответствующем выходе короткий импульс, поступающий на первый вход формирователя 3 временных интервалов. Последний срабатывает и формирует на своем выходе единичный сигнал. 8момент- прохождения мимо датчика 1 частоты вращения вала конца угловой метки своего амплитудного значения импульс достигает отрицательной полярности. В этот момент блок 2 отметчиков экстремумов формирует на другом своем выходе короткий импульс, поступающий на второй вход формирователя 3 временных интервалов. При этом происходит обратное срабатывани формирователя 3 временных интервалов и на его выходе устанавливается нулевой уровень сигнала. При повороте вала на полный оборот описанный процесс повторяется. В результате на выходе формирователя 3 временных интервалов при вращении вала образуется последовательность импульсов длительностью LQ , равной времени прохождения мимо датчика 1 частоты вращения вала угловой метки, соответ ствующей фиксированному углу оС поворота вала. Период Т следования этих импульсов равен времени одного оборота вала. Импульсы с выхода формирователя 3 временных интервалов поступают на информационный вход преобразователя 4 временных интервалов и на управляющий вход блока 7 обработки данньгх. По фронту и срезу импульса формирователя 3 временных интервалов на информационном выходе преобразователя 4 временных интервалов образуются коды чисел и J пропорциональные соответственно текущим значениям периода Т и длительности импульса Vg, т.е. . где К коэффициент преобразования преобразователя 4 временных интервалов. На управляющем выходе преобразователя 4 временных интервалов вырабатьтается импульс, поступающий на управляющий вход блока 5 передачи данных. Последний фиксирует коды чисел Nf к ti и передает их в процессор 6. Блок 7 обработки данных по фронту и срезу импульса формирова теля временных интервалов фиксирует к осуществляет преобразование в код соответственно амплитудное значение U{ импульса положительной полярнос|ТИ датчика 1 частоты вращения вала и значение aU разности амплитуд импульсов отрицательной и положительной полярности этого датчика. К моментам окончания преобразований,на информационном выходе блока 7 обработки данных образуются коды чисел

N и uN , пропорциональных соответственно значениям U и ЛО т.е.

,,.

(3.)

йЫ

Резкой подачей топлива двигатель переводится в режим разгона с ускорением. Значения периода TQ вращения вала уменьшаются и при Т Т д„ 1 2 - коэффициент преобразования блока 7 обработки данных; К. - коэффициент усиления разности /аи в блоке 7 обработки данных. На управляющем вькоде блока 7 обработки данных формируются импульсы, поступающие на соответствующий управляющий вход блока 5 передачи данных. Последний фиксирует коды чисел N и дМ , передает их в процессор 6. Таким образом, за один оборот вала в процессор 6 поступает информация о длительности tg угловой отметки, периоде вращения вала, амплитуде U| импульса положительной полярности сигнала датчика 1 частоты вращения вала и приращений ди ампл11 туды на интервале Тд . При этом после прохождения очередной метки в соответствующих ячейках памяти процессора 6 хранятся текущие значения результатов преобразований преобразователя 4 временных интервалов и блошка 7 обработки данных, а также код числа Nj предыдущего результата преобразования периода Т вращения вала. Перед началом измерений оператор вводит в процессор 6 значение уставки Tjjf,, определяющей значение tojl угловой скорости вращения вала начала участка измерения мощности. Затем двигатель выводится на режим с постоянной угловой скоростью вращения вала U)n W . Процессор 6 фиксирует равенство результатов преобразований периода T:J, вращения вала, вычисляет и фиксирует в соответствующей ячейке памяти значение постоянной К оп / on гдeNi; - коды чисел, пропорциональных соответственно значениям fjin и TQP при постоянной скорости вращения вала. При этом процессор 6 автоматически переходит к подпрограмме сравнения текущих значений периода Т с уставкой Т и вццает оператору соответствующий сигнал. процессор 6 автоматически переходит к подпрограмме вычисления мощности по результатам очередной серии преобразований величин mi и 4 Мощность двигателя определяется из выражения й-) 3 125 пр При этом величины , , Ni; ,лЫ и N являются переменными для процессора 6, а величины С, У-/З и К у - постоянны для данной марки двигателя и вводятся в процессор 6 перед началом измерений. Блок 7 обработки данных работает следующим образом. . На вход инвертора 8 и на второй вход первого переключателя 9 поступает сигнал с выхода датчика 1 частоты вращения вала, а на вход форми рователя 15 управляющих сигналов сигнал с выхода формирователя времр ных интервалов 3. К моменту появл ния импульса на входе формирователя 15 управляющих сигналов сигнал датчика 1 частоты вращения вала поступает непосредственно через первьй переключатель 9 на пикового детектора 10. Сигнал с выхода после него поступает через элемент 11 памяти, установленньй в режим выборки входного сигнала, на один вход дифференциального усилителя 12 и непосредственно .на второй вход этого усилителя, а также через второй переключатель 13 - на вход аналого-цифрового преобразователя 14. В момент достижения импульсом положительной полярности датчика 1 частоты вращения вала своего максимального значения это значение фиксируется на выходе пикового детектора 10, на входе элемента 11 и аналого-цифрового преобразователя 1 По фронту импульса формирователя 3 временных интервалов формирователь 15 управляющих сигналов срабатывает и формирует на своем втором выходе сигнал запуска аналого-цифрового преобразователя 14. Через интервал времени, определяемый временем преобразования на вькоде аналого-цифро вого преобразователя 14, образуется 1 1 код числа N , пропорциональный нап формирователь 15 упряжению Uff,., а равляющих импульсов формирует на своем третьем вькоде единичный сигнал, поступающий на управляющий выход 19 блока 7 обработки данных. Таким образом, результат .преобразования напряжения Um-i идентифицирует-ся единичным значением сигнала на управляющем выходе блока 7 обработки данных. Одновременно по единичному значению сигнала на третьем выходе формирователя 15 управляющих сигналов переключатели 9 и 13 переключаются, а элемент 11 памяти устанавливается в режим хранения значения входного сигнала, равного гп. В результате на вход пикового детектора 10 поступает инвертированный инвертором 8 си.гнал датчика 1 частоты вращения вала, а на вход аналого-цифрового преобразователя 14 - сигнал с выхода дифференциального усилителя 12. В момент достижения импульсом отрицательной полярности датчика 1 частоты вращения вала своего максимального значения UITITJfo-i это значение фиксируется на выходе пикового детектора 10 и, следовательно, на втором входе усилителя 1., напряжение на другом входе которого равно Ufn. На выходе дифференциального усилителя 12 и, следовательно, на входе аналого-цифрового преобразователя 14 формируется постоянное напряжение, пропорциональное разности -(. где К, - коэффициент усиления усилителя 12. По срезу испульса формирователя 3 временных интервалов формирователь 15 управляющих сигналов через интер|вал времени, необходимый для установления сигнала на выходе усилителя 12, формирует на своем втором выходе сигнал запуска аналого-цифрового преобразователя 14. Через интервал времен, определяемый временем преобразования аналого-цифрового преобразователя 14, на информационном выходе 17 блока 7 обработки данных образуется код числа 4N , пропорциональный напряжению 4U , а на втором выхое формирователя 15 управляющих сигналов и, следовательно., на управляющем выходе 19 блока 7 обработки данных - нулевое значение сигнала, идентифицирзтощее результат преобразования irU , Одновременно на первом выходе формирователя 15 управляющих сигналов формируется короткий импульс поступающий на управляющий вход пикового детектора 10. В результате переключатели 9 и 13 устанавливаются в исходное состояние, элемент 11 памяти - в режим выборки входного сигнала, а пиковьй детектор 10 обнуляется.

Описанный процесс повторяется с поступлением следующего импульса на вход формирователя 15 управля,ощих сигналов.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения мощности двигателя за счет сокращения интервала измерения до интервала между моментами появления экстремумов сигнала от индукционного датчика частоты вращения.

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков экстремумов, вычислитель, преобразователь временных интервалов и формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с соответствующими выходами блока отметчиков экстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала, отличающееся тем, что, .с целью повышения точности за счет сокращения времени измерения, в него введены блок передачи данных, два переключателя, пиковый детектор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь управляющих сигналов и инвертор, выход которого соединен с одним входом одного переключателя, а вхс с выходом датчика частоты вращения вала и вторым входом одного переключателя, выход которого соединен с одним входом пикового детектора, выход последнего соединен с одними входами дифференциального усилителя, второго переключателя и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход последнего соединен с вторым входом второго переключателя, вьосод которого соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, пыход последнего соединен с одним входом блока переi дачи данных, второй и третий входы которого соединены соответственно СЛ с одним и вторым выходами преобразователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов и входом формирователя управляющих сигналов, один выход которого соединен с втоо сх рым входом пикового детектора, второй - с вторым входом аналого-цифро4 вого преобразова;теля, а третий - с 05 вторым входом элемента памяти, треть00 ими входами переключателей и четвертым входом блока передачи данных, выход которого соединен с вычисли- телем.

ф1г.2.