Установка для измерения весового расхода топлива Советский патент 1985 года по МПК G01G17/06 

Изобретение относится к весоизме- ритапьной технике, в частности к уст ройствам для измерения расхода топлива, потребляемого двигателем при его испытаниях Цель изобретения повышение точности за счет устранения влияния смещения точки рачала отсчета и коле баний весовой системы. На фиг. 1 показана функциональная схема гидромеханической части устано ки; на фиг. 2 - блок-схема ее измери тельного устройства; на фиг. 3 - характеристика вибрационно-частотного датчика силы; на фиг. 4 - графики, показывающие изменение нагрузки на датчик силы в течение времени измеpcHiiJi расхода; на фиг, 5 схема функционального преобразователя, Установка содеряшт расходный бак 1 и компенсационный бак 2 связанные мезэду собой трубопроводом 3 для вы- равиивапия давления и трубопроводом 4 для подачи топлива, на котором смон тг.фоваи запорньш кран 5, имеющий шину упраилепмя б и подключегшый к трубопроводу 7 от топливного насоса (не показан). Трубопровод 8 служит для подачи топлпиа к двигателю (пе показан). Расходный бак I подвешен на одном конце рычага 9, на другом конце кото рога закреплен контргруз 10. Рычаг 9 опирается на .опору 11. и на датчик силы 12, например, вибратционпо-частотный, имеющий информационную шину 13. Компепсационный бак 2 имеет клапан 14 для подачи воздуха постоянпог давления и манометр 15. Начальпый уровень в баках 1 и 2 обозначен позицией 16. Измерительная часть установки содержит шину Пуск 17, четыре ключевые схемы 18, 19, 20 и 21, блок 22 запуска со счетчиком 23, схемой 24 совпадения кодов, регистром 25 и триггером 26, генератор 27 образцовой частоты, таймер 28, счетно-вычисл.ительнь й блок 29, содержащий функциональный преобразователь 30 и счетчик результата 31j устройство вывода информации 32 и блок 33 уп равления краном 5. Пусковая шина 17 соединена с первыми управляющими(разрешающими) вхо дами ключевых схем 18 и 19 и первым входом блока 33 управления краном 5 1 72 вход ключевой схемы 18 через шину 13 подключен . выходу вибрационно-частотного датчика 12, а ее выход присоединен к входу ключевой схемы 20, тактовому входу триггера 26 и входу обнуления счетчика 23; выход ключевой схемы 20 соединен с входом функционального преобразователя 30, его выход - со счетным входом счетчика 31 результата, выход которого соединен с входом устройства 32 вьтода ин- формации. Выход ключевой схемы 19 присоединен к счетному входу счетчика 23, выход которого соединен с первым входом схемы 24 совпадения кодов, второй вход которой соединен; с выходом регистра 25, а выход схе- i-tt) 24 совпадения кодов присоединен к входу установки в ноль триггера 26, выход которого соединен с .первыми управляющими (разрешающими) входами ключевых схем 20 и 21. Выход генератора 27 образцовой частоты подключен к входам ключевых схем 19 и 21 ; выход ключевой схемы 21 соедии.ен с входом, таймера 28, выход которого подключен к вторьп- управляющим (запрещающим) входам всех четырех ключевых схем 18-21 и второьгу входу блока 33 управлепия краном 5, с которым он соединен шиной 6. Функциональный преобразователь 30 счетно-вычислительпого блока 29 выполнен в виде последовательно соединенных групп триггеров 34. 35 и 36, дешифратора 37, узла памяти 38, группы вентилей 39, схемы РШИ 40 и ключевой схемы 41. Установка работает следующим образом. В исходном состоянии установки кран 5 открыт, ключевые схемы 18, 19, 20 и 21 закрыты, триггер 26 в состоянии О, счетчик 23 обнулен, в регистре 25 содержится код, соответствующий длительности периода между сигналами на выходе датчика, при котором начинается измерение, счетчик результата 31 обнулен, в последовательность цепей триггеров (не показаны) функционального преобразователя 30 вв-едено число Q-N, (Q полное число состоян1Ш цепей триггеров функционального преобразователя, f - частота на вы а Н„ - „1: , где ходе датчика, при которой начинается измерение; и - время измерения, обрабатываемое таймером. 3 При поступлении команды Пуск на пусковую шину 17 закрывается кран 5 и топливо начинает вырабатываться из расходного бака 1, при этом нагрузка на вибрационно-частотный датчик 12 возрастает, частота повторения импул сов на выходе датчика увеличивается, а перед их следования уменьшается По команде Пуск открываются также ключевые схемы 18 и 19. Через ключевую схему 19 импульсами от генератора 27 образцовой частоты, заполняетс счетчик 23, а каждым импульсом, приходящим через шину 13 от датчика 12 через ключевую схему 18, триггер 26 устанавливается в состояние 1, а счетчик 23 обнуляется. Но еще до его обнуления при малой частоте - большом периоде повторения импульсов на выходе датчика) срабатывает схема 24 совпадения кодов и триггер 26 импульсов снгнаяом с ее выхода уста-навливается в состояние О. В проце се расхода топлива частота повторения импульсов на выходе датчика растет, а период уменьшается и наступает момент, когда число импульсов от генератора 27, накопившееся в счетчике 23 (между импульсами на выходе ключевой схемы 18) не достигает числа. Записанного в регистре 25, .схема 24 совпадения кодов не сраба- тывает, триггер 26 в состояние О не устанавливается и очередным, пришедшим на его вход импульсом, на его выходе формируется импульс, которым открываются ключевые схемы 20 и 21, при этом таймером 28 начинает-отрабатываться установленное время измерения (У , а счетно-вычислительный блок 29 в составе функционального пр образователя 3d и счетчика 31 обеспе чивает формирование результата измерения в принятых единицах с передачей его в устройства 32 вывода информации. По окончании установленного времени измерения таймер выдает сигналы на закрытие ключевых схем 18 19, 20 и 21 и к блоку 33 управления краном, который через шину 6 открыва ет кран 5. На этом процесс измерения заканчивается. Как следует из работы установки, процесс измерения всегда длится од- f но и то же время i на которое настроен таймер 28 и это облегчает организацию измерений параметров в 47 . 4 информационно-измерительных системах . . Блок 22 запуска счетно-вычислительного блока 29 и таймера 28 обеспечивает начало измерения всегда при одном и том же значении периода (частоты) повторения импульсов на выходе датчика, которое определяется числом, записанным в регисте 25. Вид характеристики датчика в координатах частота f на выходе датчика гИ сила R, действу)ощая на датчик, показан на фиг. 3, Эта характеристика действи-. тельна для некоторой температуры датчика. Известно, что изменение температуры датчиков типа СВК конструкции НИКИМП не изменяет их характеристику, а сдвигает ось f либо вниз (при увеличении температуры, линия f(), либо вверх (при снижении температуры, линия f2), что равноценно некоторой разгрузке, или загрузке датчика. Измерение всегда начинается в точке V характеристики, определяемойчислом, записанным в регистре 25, при этом от команды Пуск до достижения точки V характеристики успокаиваются переходные процессы в подромеханической части установки, вызванные Зс1крыт11ем крана 5 и началом истечения топлива из расходного бака I; изменение температуры не влияет на рабочую характеристику установки которая всегда начинается в точке V (хотя частота повторения импульсов на выходе датчика в момент приходакоманды Пурк практически всегда различна), поэтому какая-либо температурная компенсация, в том числе и использование термокомпенсированного датчика не требуется; не влияет на точность работы и случайные небольшие изменения начальной нагрузки на датчик. Счетно-вычислительньй блок 29 интегрирующего типа, т.е. подсчет и peo6pa30BajiHe последовательности мпульсов выполняется в течение всего ремени измерения , отрабатываемого таймером 28. Изменение действия силы на датчик в течение времени с для азличных расходов илюстрируется на иг. 4, где R RP + К Gh (t - t ) ; R - сила, действующая на датчик, в ходе- измерения; R - сила, действующая на датчик в момент начала измерения (с автоматическим учетом температурных и иных влияний); К - постоянный коэффициент, учи тывающий отношение плеч рычага;G. - расход топлива в единицам изм рения (обычно кг/ч). Известно, что характеристики . (фиг. 3) вибрационно-частотных датч ков хорошо аппроксимируются полиномами второй степени (погрешности ап проксимации в рабочем диапазоне хар теристики менее 0,05%); тогда зависи мость силы, действующей на датчик о частоты на выходе датчика R Af + Bf + С , где А, В, С - параметры полинома, определенные .способом наименьших квадратов на основании градуировочных данных. Из двух предыдущих формул следует: Af + В + С R + kG,,(t - tp) где RQ Af + Bf + С и характеризуется точкой V на фиг. 3 и 4 f Cf(G.t). Число импульсов N за время на вхо в функциональный преобразователь М ) 4.(Gj, t)dt . Это выражение является основой для расчета параметров функционального преобразователя зО которьй в пред1:агае,мой установке реализует кусочнолинейную аппроксимацию функции: где г - фактор дискретности результата.. На вход функционального преобразователя 30 - вход из последовательно соединенных цепей 34, 35 и 36 триггеров ,в течение времени € поступают импульсы с выхода датчика 12. Цепь 34 триггеров представляет. собой делитель управляемого двоичного умножителя, а цепь 35 - счетчик участков аппроксимации. Кроме цепей 34и 35 триггеров в управляемый двоичный умножитель входит дешифратор 37,узел память 38 приращений аппроксимируемой функции на участках аппроксимации, группа вентилей 39, входы которых подключены к информационным выходам триггеров цепи 34, а выходы собраны на схеме.40 ИЛИ; управляющие входы вентилей 39 подключены к информационным разрядам регистров памяти 38.Дополнительная цепочка триггеров 35(обычно, один, два триггера) необходима для операции отсечки начального уровня измерения N fot (из- в.естно, что девиация частоты вибраци- онно-частотных датчиков в рабочем диапазоне обычно не превышает 30% выходной частоты при нулевой загрузке). В начале преобразования ключевая схема 41 закрыта и открывается . импульсом переполнения цепей 34, 35 и 36 триггеров, в которую бьто введено дополнительное число до N,, так происходит отсечка начального уровня. При открытой ключевой схеме 41 на -выход функционального преобразователя и вход счетчика результата.31 (фиг. 2) к моменту окончания времени с поступает N Ю G| импульсов. Ключевая схема 41 устанавливается в начальное положение Закрыто по связи, которая на фиг. 5 не показана.

Фиг. 1

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСОВОГО РАСХОДА ТОПЛИВА, содержащая расходный бак, кинематически соединенный с рычагом весовой системы и связанный с компенсационным баком посредством трубопровода для выравнивания давления и трубопровода дляподачи топлива с дистанционно управлнемым запорным краном, подключенным к блоку управления, соединенному с пусковой шиной, подключенной к счетнологическому устройству с генератором образцовой, частоты и четырьмя ключевыми схемами, и счетно-вычислительный блок с функциональным преобразователем и счетчиком результата, выходом подключенный к устройству вывода информации, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности путем устранения влияния смещеf НИН точки начала отсчета и колебаний весовой системы, в нее введены вибрационно-частотный датчиксилы, кинематически соединенньш с рычагом весовой системы и подключенный к информационному входу первой ключе-, вой схемы, таймер и блок запуска, выполненный в виде триггера, соединенного установочным входом с выходом схемы совпадения кодов, к входам которой подключены счетчик и регистр, причем управляющие входь первой и второй ключевых схем подключены к пусковой шине, управляющие входы треi тьей и четвертой ключевых схем - к (Л выходу триггера блока запуска, входы запрета всех ключевых-схем и блока управления соединены с выходом таймера, информационные входы второй и четвертой ключевой схем подключены к генератору образцовой частоты, выход . первой ключевой схемы соединен с информационным входом третьей ключевой схемы, со счетньм входом тригге:с ра и с входом обнуления счетчика, счетный вход которого подключен к -vi выходу второй ключевой схемы, выход 4 третьей ключевой схемы соединен с входом функционального преобразователя счетно-вычислительного блока, а выход четвертой ключевой схемы соединен с входом таймера.

Риг. г

f

/

t

U8. 4

Фие. 5