Устройство для измерения и контроля расхода моторного масла Советский патент 1990 года по МПК G01F13/00 

Л5. сит.

(Л

с

19

J

ел

со сд

,50Гц

Сигналы с выходов датчиков 7 и 8 температуры и уровня.масла, с выходов компенсационных датчиков 9 и 10 диэлектрической проницаемости воздуха и масла, расположенных в измерительном баке 6, поступают на входы блока 11 усиления и преобразования сигналов датчиков. Блок 12 управления осуществляет управление коммутацией в устрой- п

стве. В вычислительном блоке 13 определяется текущее значение расхода, .среднее значение расхода и его мгновенное значение. В блоке 16 индикации и регистрации отображается информация о расходе масла и аварийньпс ситуациях с помощью световых табло. 2 з.п, ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей, в частности к измерению и контролю расхода моторных масел, и позволяет повысить точность и надежность измерений, предотвратить перерасход масел при их поливе и сигнализировать о повреждении маслосистемы и двигателя в целом. Сигналы с выходов датчиков 7 и 8 температуры и уровня масла, с выходов компенсационных датчиков 9 и 10 диэлектрической проницаемости воздуха и масла, расположенных в измерительном баке 6, поступают на входы блока 11 усиления и преобразования сигналов датчиков. Блок 12 управления осуществляет управление коммутацией в устройстве. В вычислительном блоке 13 определяется текущее значение расхода, среднее значение расхода и его мгновенное значение. В блоке 16 индикации и регистрации отображается информация о расходе масла и аварийных ситуациях с помощью световых табло. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике измерения расхода жидкостей, в частности к устройствам измерения объемно-весового расхода и предназначено для измерения и контроля расхода моторных масел на угар при испытаниях и эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повьше ние точности и надежности измерений, предотвращение перерасхода масел при осуществлении процесса долива масла и сигнализация о повреждениях масло- системы и двигателя в целом.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - структу н ая схема блока усиления и преобразования сигналов; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства; на фиг.4 - .структурная схема вычислительного блока.

Устройство для измерения и контроля расхода моторного масла (фиг.1) содержит входной 1 и выходной 2 трубопроводы, клапаны наполнения 3, опорожнения 4, регулятор 5 уровня масла измерительный бак 6, датчик 7 температуры масла, датчик 8 уровня масла, компенсационные датчики 9 и 10 диэлектрической проницаемости воздуха и масла, блок 11 усиления и преобразования сигналов датчиков, блок 12 управления, вычислительный блок 13, блок 14 контроля аварийной ситуации, таймер 15, блок 16 индикации и ре ги- страции, к;нопки 17-19 установки среднего, текущего и циклического режимо индикации расхода, кнопка 20 пуска, блок 21 питания, тумблер 22 включения, соединительный трубопровод 23,

картер 24 двигателя и расходнью бак 25.

Блок 11 усиления ,ч преобразования сигналов (фиг,2) содержит генератор 26, компенсационный датчик 9 диэо ект0

15

jo

5

0

45

0

5

рической проницаемости воздуха, измерительный емкостный датчик 27, компенсационный датчик 10 диэлектрич ес- кой проницаемости моторного масла, терморезисторный датчик 28 температуры, усилители 29-31 переменного тока, выпрямители 32-34, дифференциальные усилители 35 и 36 постоянного тока, причем коэффициент усиления усилителя 36 зависит от сопротивления термо- резистора 28, цифроаналоговый преобразователь 37 умножающего типа, блок 38 сравнения, реверсивный дачный счетчик 39 и цифроаналоговый преобразователь (ЦВП) 40.

В состав -вычислительного блока (фиг.4) входят первый 41 и второй 42 формирователи сигнала, первый 43 и второй 44 счетчики, делитель 45, формирователь 46 коммутационных импульсов, устройство 47 выборки-хранения, первый формирователь 48 импульса, коммутатор 49, второй 50 и третий 51 формирователи импульсов .

Измерительный бак 6 представляет собой металлический цилиндрический стакан диаметром 100 мм и высотой 300 мм, внутри которого размещены терморезисторный датчик 7 температуры и емкостный датчик 8 уровня, помещенный в цилиндрический.сосуд диаметром 29 мм и высотой 260 мм, сообщающийся с внутренней полостью бака. Цилиндрический сосуд крепится к крышке измерительного бака и в своей нижней части имеет дно с отверстиями. Цилиндрический сосуд обеспечивает демпфирование жидкости (масла) при качке и вибрации, что позволяет уменьшить погрешность измерения уровня емкостным датчиком.

I Выходной сигнал, поступающий с , измерительного датчика 8 уровня, урав- новещивается с сигналом компенсационного датчика 10 диэлектрической про515

ницаемости моторного масла, умноженного на коэффициент усиления усилителя 36, зависящей от температуры.

Уравновешивание осуществляется на устройстве 38 сравнения, на первый вход которого подается сигнал с циф- роаналогового преобразователя 37, а на второй - с дифференциального усилителя 35, выходной сигнал которого пропорционален уровню масла в измерительном датчике и разности диэлектрических проницаемостей масла и воздуха

Бьпсодной сигнал 1)35 дифференциального усилителя 35 равен (U33-T Uj,) К, , в (L-h) J .,

где и - выходной сигнал выпрямите- ээ -,. ля 3J;

V53.

К - коэффициенты усиления усилителей 35 и 30 и выпрямителя 33 измерительного .канала; , f диэлектрические проницаемос- ти масла и воздуха; 1 м уровень масла в датчике; L - длина датчика; U-. - выходное компенсирующее напряжение усилителя 29,,

равное по величине gf U,, (долж но быть равно выходному сигналу измерительного канала, когда

.,);

35

и,. - выходное напряжение генератоде f - частота генерат ра 26; выходн ра 26i; Ij - длина компенсационного датчи, 9 40

0 - коэффициент усиления усилителя 35 по первому входу. Таким образом,

U3f к - () h«f-U«,

где К %-Кзо-Кзз.45

выходной сигнал усилителя 36 равен и5гКз,СКз,Кз/ U.ryUjJ ,, - T tsK ejiblf и,,,

где К,,,К ,К, - коэффициенты усиления

3 34 о

усилителей 31, .54 и Jo 50 блока 11; v - коэффициент усиления

усилителя 36 по первому входу; 1- - длина компенсационного

датчика 10.

Коэффициент передачи усилителя 36 зависит от температуры

Кт Кз(, K,(1+P4t), -,

0

5

где kg - коэффициент усиления при

р- коэффициент, равный темпера- „турному Коэффициенту плотно- . сти масла;

rft - разность температур ,;. Окончательно имеют из; K( ), где К ,к;. К,, К.

Реверсивный счетчик 39 суммирует (вычитает) сигналы до тех пор, пока на входах блока 38 сравнения сигналы не будут равны. Сигнал на первом входе равен выходному сигналу ЦАП 37; и,, (код) ()V U.Cl + ). Сигнал на втором входе блока 38 сравнения равен выходному сигналу усилителя 35

из К ( )Ьл,Е-и«Приравнивая эти два сигнала, получают(кодЖ () 1-nf U.jf(U/}41) К ( м f и,,; ,

(код) (|) {- h, 1,

5

Q

5

При /3(3 t Г 1 можно записать

1

1

(код) ()-т- ()h.

0

5

0

К Если обеспечить равенство

I- где S - площадь поперечного сечения

измерительного бака; о - плотность масла при температуре ;

/It О,

то окончательно получают для выходного сигнала ЦВП 40

Sf(1-/3dt)h KSp(t), где g -вес масла в измерительном баке .

Из приведенных расчетов видно, что на выходной сигнал блока 11 усиления и преобразования сигналов датчиков не оказыв ают влияние такие возмущающие факторы как изменение диэлектрической проницаемости масла (может достигать 10% и выше), а также воздуха (паров масла в баке 6); изменение выходного напряжения в частоту генератора 26 и выходных напряжений блока питания устройства.

Таким образом, схема блока 11 усиления и преобразования сигналов датчиков обеспечивает повыщение точности и надежности измерений расхода масла.

71

Блок 11 усиления и преобразования сигналов датчиков .имеет два выхода - цифровой и аналоговый, обозначенные соответственно ) и ng(t (фиг.2 Эти выходы пропорциональны весовому количеству масла в измерительном баке,.

Блок 12 управления предназначен для формирования сигналов открьшания и закрывания клапанов наполнения 3 и опорожнения 4, сигналов управления работой вычислительного блока 13, блока 14 контроля аварийной ситуации и блока 16 индикации и регистрации. .Входными сигналами для блока 12 управления являются выходной аналоговый сигнал ng(t) блока 11 преобразования сигналов датчиков о количестве масла в измерительном баке 6; выходной сигнал блока 14 контроля о выходе контролируемых параметров за допустимые граничные значения; выходной сигнал с таймера 15 (синхроимпульсы); сигнал Пуск начала работы устройст- ва (кнопка 20) .

Выходными сигналами .являются сигналы открывания и закрывания электромагнитных клапанов наполнения 3 и

опорожнения 4; сигналы управления ра- о сигнал появляется в случае, возботой вычислительного блока, запоминание начальда1х значений количества масла в измерительном баке, необходимых для определения текущих и средних значений расхода масла на угар, обнуление счетчиков времени; сигналы,- устанавливающие параметр, подлежащий контролю с помощью блока 14: контроль времени наполнения в режиме наполнения измерительного блока и контроль расхода масла в режиме опорожнения измерительного бака 6-; сигналы переключения блока 16 индикации и регистрации в режим запоминания значений

35

40

никнЪвения аварийной ситуации (фиг. Зв), которая обнаруживается с помощью блока 14 контроля.

В .этом случае блок управления выключает клапан 4 опорожнения (фиг.Зд) и прекращает подачу масла в регулятор уровня. После устранения отказа, приведшего к аварийной ситуации, при включении устройства все циклы работы повторяются.

На третий вход блока 12 управления поступают синхроимпульсы с таймера 15 обеспечивающие надежное переключение блока от состояния к состоянию, при

расхода (при наполнении измерительно- которых формируются управляющие сигго бака) из режима отображения значений расхода (при опорожнении измерительного бака и обратно).

Формирование выходных сигналов, управляющих работой электромагнитных клапанов наполнения 3 и опорожнения 4, вычислительного блока .13 и блока 14 контроля, осуществляется на основе входного аналогового ng(t) сигнала, поступающего с блока 11 преобразования сигналов датчиков.

При снижении количества масла в измерительном баке В до нижнего установленного значения G (фиг.Зд), ,

50

55

налы.

В вычислительном блоке текущее значение расхода О определяется по формуле i J

J

О s

/It dt

где /3g - интервал дискретизации веса

масла;

4t- - время расходования; Q - мгновенное значение расхода

масла двигателем.

Если At ut

МЦМ

то Q const, и

справедливо равенство

7571

5

5

0

8

12 управления формирует следующие выходные сигналы: включение клапана 3 наполнения (фиг.Зг), выключение клапана 4 опорожнения (фиг.Зг), контроль времени наполнения измерительного бака 8 (фиг.Зе); сброс контроля расхода масла (фиг.Зж), отключение режима вычисления расхода, обнуление формирователей и счетчиков (фиг.Зе), запоминание значения расхода в блоке 14 индикации и регистрации (фиг.Зе).

При заполнении измерительного бака .и достижении верхнего установленного значения GB (фиг.За) блок управления формирует следующие выходные сигналы (в случае, если время наполнения не превышает установленное заранее контрольное время наполнения); выключение клапана 3 наполнения (фиг. Зг), включение клапана 4 опорожнения (фиг.Зд); отключение режима контроля времени наполнения измерительного бака 6 (фиг.Зе), включение режима контроля расхода масла (фиг.Зж) включение режима вычисления текущих и среднего значений расхода (фиг.Зж), отображение значений расхода (фиг.Зж).

На втором входе блока 12 управле сигнал появляется в случае, воз

никнЪвения аварийной ситуации (фиг. Зв), которая обнаруживается с помощью блока 14 контроля.

В .этом случае блок управления выключает клапан 4 опорожнения (фиг.Зд) и прекращает подачу масла в регулятор уровня. После устранения отказа, приведшего к аварийной ситуации, при включении устройства все циклы работы повторяются.

На третий вход блока 12 управления поступают синхроимпульсы с таймера 15, обеспечивающие надежное переключение блока от состояния к состоянию, при

налы.

В вычислительном блоке текущее значение расхода О определяется по формуле i J

J

О s

/It dt

где /3g - интервал дискретизации веса

масла;

4t- - время расходования; Q - мгновенное значение расхода

масла двигателем.

Если At ut

МЦМ

то Q const, и

справедливо равенство QT Q915

Среднее значение расхода Q определяется по формуле

О . Blit) 1

t .

За счет интегрирования мгновенных значений расхода средний расход определяется с высокой точностью, причем сглаживаются и ослабляются пульсации и колебания уровня масла, нестабиль- ность работы регулятора и другие возмущающие факторы,

.Вычислительный блок определяет текущий рост Q непрерывно, однако на блок индикации и регистрации, а также на блок контроля поступает значение расхода, вычисленное в тот момент, когда израсходована порция масла ). Этим обеспечивается минимизация погрешности измерения мгновенного расхода (

j-3i fe-Ji;fbq- M,K.. 1

i4i2

,

где максимальное значение относительной погрешности измерения расхода, равное

.с

Поэтому с/1 Q :; . Таким образом, в вычислительном блоке 13 одновременно определяется и средний расход с высокой точностью и расход, приближающийся к мгновенньтм значениям.

Блок 14 контроля предназначен для контроля аварийных ситуаций с помощью контроля параметров процессов наполнения и опорожнения измерительного бака 6, В режиме наполнения таким Параметром является время наполнения измерительного бака, которое сравни- вается с максимально допустимым значением ., введенным заранее в блок 14 контроля. Превьш ение этого значения возможно в случаях отсутст- ВИЯ масла в измерительном баке 6, повреждения соединительного трубопровода 1 и отказа (неоткрывания) элект- ромагнитного клапана 3.

В режиме опорожнения измерительного бака 6 блок 14 контроля сравнивает сигнал о расходе масла, поступающий с вычислительного блока 13 с ус- танками максимального Q vidKc минималь него QjHf,H значений расхода (для каждого типа дйигателей они определяются и устанавливаются заранее).

110

Превышение максимального значения расхода может произойти в результате повреждений в цилиндропоршневой груп- пе двигателя (поломка поршневых колец повышенный износ двигателя); отказа регулятора уровня, заключающегося в том, что плунжер поплавка заклинен в положении открытого доступа масла в систему (масло с большим расходом поступает в двигатель); обрыва трубопроводов 2 и 23, разгерметизации масляной системы двигателя и повышенных проточек масла в различнЬгх узлах смазки двигателя.

Расход меньший минимального допустимого значения возможен в случае отказа регулятора уровня, заключающегося в том, что плунжер поплавка заклинен в положении закрытого доступа масла в систему, и отказа (неоткрывания) электромагнитного клапана опорожнения.

Блок 16 индикации и регистрации обеспечивает ото.бражение информации о расходе масла и об аварийных ситуациях с помощью световых табло.Включение каждого табло происходит по соответствующему сигналу, поступающему с блока 14 контроля. По сигналу Превышено время наполнения (Т .) .в-тлючается табло Отсутствует подача -масла в устройство, проверить наличие масла в расходном баке, трубопроводы подвода масла, клапан наполнения, по сигналу Превышено максимальное значение расхода (() включается табло Перелив масла, проверить работу двигателя, регулятор уровня масла, герметичность системы смазки и соединительные трубопроводы подачи масла к регулятору., по сигналу Расход масла ниже допустимого (Q Q) включается табло Отсутствует долив, проверить регулятор уровня масла, клапан опорожнения .

Устройство работает следующим образом.

При включении тумблера 22 (фиг.1) сетевое напряжение поступает на блок 21 питания устройства, который подает стабилизированные напряжения на все блоки. При этом с помощью стандартной схемы, содержащей RC-цепочку, вырабатывается сигнал начальной установки нуля всех триггеров и счетчиков, входящих в состав устройства.

Емкостный датчик 8 п15еобразуеТ уровень масла в измерительном баке 6

15

в электрический сигнал, кроме того, компенсационные датчики 9 и 10 вырабатывают сигналы, пропорциональные диэлектрическим проницаемостям воздуха и масла, которые усиливаются блоком 11 . На блок 11 поступает также сигнал с датчика 7 температуры. Эти сигналы обрабатываются в блоке 11 и с его аналогового ng(t), цифрового g(t.) выходов (фиг.2) сигналы, пропорциональные весовому количеству масла, поступают на вычислительный блок 13, а аналоговый сигнал g(t) поступает на первый вход блока 12 управления. Блок 12 управления сравнивает измеренное количество масла в баке 6 с уставкой G (фиг.З), соответствующей верхнему уровню заполнения измерительного бака. Если уставка больше измеренного количества, то с блока 12 управления подается сигнал на открытие клапана 3 наполнения и масло поступает в измерительный бак 6 из расходного бака 25 (фиг.).

Контроль за наполнением измерительного бака 6 осуществляется блоком 16 контроля по сигналу НАП блока 12 управления, при этом происходит измерение времени наполнения измеритель- ного бака и сравнение его с уставкой максимального допустимого времени наполнения ,п,«,с..

Блок 16 индикации и регистрации отображает режим наполнения индикатором, и если нажата, например, кнопка 17, устанавливается в режим индикации среднего расхода, индицирует на цифровом индикаторе показания счетчика (при включении питания показание ну- левое, а при последующей работе отображается среднее значение расхода за предьщущий режим опорожнения). При достижении заданного количества масла G в измерительном баке блок уп- равления выдает сигнал ОПОР (НАП равно нулю), единичного уровня (фиг.Зж) . Блок 12 управления также отключает клапан 3 наполнения и включает клапан 4 опорожнения (фиг.Зе, д).

После открытия клапана 4 масла поступает из измерительного бака 6 на регулятор 5 уровня, который по мере расходования доливает -его в картер двигателя, обеспечивая постоянный уровень. Одновременно с переключением клапанов 3 и 4 блок 12 управления подает сигнал ОПОР на вычислительный блок .13, блок 14 контроля аварийной

о

5 0

5

5

1 ситуации, блок 16 индикации и регистрации.

При этом в вычислительном блоке 13 происходит запоминание начальных значений g(t)(0) для формирований сигналов израсходованного масла 4gz(t), /ig(t) интервала дискретизации B(;(t); счетчики 43 и 44 времени (фиг.7) начинают подсчитывать время t и t; формируются импульсы К„, И,И.

Если в процессе работы устройства в режиме опорожнения расход (текущее или среднее значение) превысит заданную уставку максимального расхода Q (один из возможных вариантов), то блок 14 контроля сформирует сигнал об аварийной ситуации (Ав.сит). Этот сигнал поступает на блок 12 управления и на вычислительный блок 13. Блок 12 управления отключает сигналы ОПОР и ЭМК ОПОР (фиг.3д,ж). Масло не будет поступать в регулятор уровня. Блок 14 контроля формирует также сигнал Q Q rtKC который подается на блок 16 индикации и регистрации. При этом в блоке 16 загорается световое табло с надписью Перелив масла, проверить работу двигателя, регулятор уровня масла, герметичность системы смазки и соединительные трубопроводы подачи масла к регулятору. Включается звуковая сигнализация.

Цифровой индикатор отображает значение расхода на момент времени при возникновении аварийной ситуации. После устранения аварийной ситуации нажатием кнопки Пуск 20 (фиг.1) блок управления включает режим опорожнения (если выполняется условие

g(t) OH).

По мере расходования масла из измерительного бака его количество . уменьшается до значения GH В этом случае блок 12 управления отключает клапан 4 опорожнения и включает кда- пан 3 наполнения, сигналом НАП отключает формирователи вычислительного блока от двигателя (на частотном выходе частота близка к нулю, а на аналоговом выходе - нулевой сигнал), обнуляет счетчики подсчета времени, сигналом НАП включает блок 14 контроля в режим контроля времени наполнения, а блок индикации и регистрации переводит в режимы хранения значений расхода, которые были в предшествующем режиме опорожнения. Масло по трубопроводу 1 через открытый клапан 3

13

поступает в измерительный бак 6. Цикл работы повторяется.

Предлагаемое устройство может работать с.любыми регуляторами уровня.

Формула изобретения

. 1597571

14

которого соединен с первым выходом таймера, пятый, шестой и седьмой входы блока индикации и регистрации соединены соответственно с .втор ым, третьим и четвертым выходами блока контроля аварийной ситуации, четвертый вход которого-соединен с вторым выходом таймера, пятый и шестой входы

блока контроля аварийной ситуации соединены с третьим и четвертым выходами вычислительного блока и с восьмым и девятым входами блока индикации и регистрации, десятый вход которого

соединен с пятьм выходом вычислительного блока, а одиннадцатый - с пятым выходом блока контроля аварийной ситуации, датчики температуры, уровня и компенсационные датчики диэлектрической проницаемости vг.т5Шoвлeны в измерительном баке и соединены с со- ответствуюищми входами блока усиления и преобразования сигналов датчиков. 2. Устройство по П.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок преобразования сигналов датчиков содержит первый, второй и трети усилп1тели переменного тока, выходом соединенн1 1е соответственно с первым, вторым и треть5

0

5

0

5

митепя подключен к первым входам первого и второ.го )ерен1.(иальных уси- 1тителей постояннот о , вторые входы которых подключены соответственно к выходам второго и третьего выпрямителей, а выходы - к первому входу блока срапнеиия и аналоговому входу умножающего цнфроаналогового преобразователя, кодовым входом объединенного с входом цнфроаналогового преобразователя и подключенного к выходу реверсивного счетчика, тактовым входом подключенного к генератору, а входом управления - к выходу блока сравнения, к второму входу которого подключен выход умножающего цифроаналогово- го преобразователя,

Фиг, г

/

Аналоговый q(i)

-,g(i)

Цисрровой быход