Устройство для регистрации индикаторных диаграмм поршневых машин Советский патент 1990 года по МПК G01L23/08 

Изобретение относится к системам и приборам индицирования машин объемного действия, в том числе и поршневых, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования их параметров.

Цель изобретения - расши-рени е : области применения устройства за счет одновременной обработки информации с нескольких датчиков давления.

Становится возможной регистрация индикаторных диаграмм не только порш- невых машин, но и машин объемного действия ротационного типа, а также газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга.

На фиг,1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2-4.- развернутые схемы аьшлитудного селе1сто- ра, синхронизатора и временного селектора соответственно на фиг.5 диаграмма выходных напряжений, поясняющая работу устройства. , Устройдтвр содержит функциональ- .: ный- пре&бразрватель 1 угла поворота вала, связанный с ним формирователь 2 и myльcoв, датчик 3 верхней мертвой точки (БМТ), датчик 4 нижней . мертвой точки (НМТ.) , телевизионный индикатор 5, коммутатор 6, связанный с ним генератор 7 импульсов, переключатель 8, синхронизатор 9, первую цепь из последовательно соединенных сумматора 10, амплитудйого селектора 11, временного селектора. 12 умножителя 13, второй вход хоторогс под

ключей к выходу функционального преобразователя 1, интегратора 14 и регистратора 15, вторую цепь из последовательно соединенных первого датчика 16 давления, первого усилителя 17 первого ключа 18, выход которого связан с первым входом сумматора 10, третью цепь из последовательно соединенных второго датчика 19 давления, второго усилителя 20, второго ключа 21, выход которого подключен к второму входу сумматора 10, четвертую цепь из последовательно соединенных третьего датчика 22 давления, третье го усилителя 23, третьего ключа 24, выход которого связан с третьим входом сумматора 10, пятую цепь из последовательно соединеиньк четвертого датчика 25 давления, четвертого усилителя 26, четвертого ключа 27, выход которого связан с четвертым входом сумматора 10, причем управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей 18, 21, 24 и 27 подключены к соответствующим выходам синхронизатора 9, первый и второй входы которого соединены с выходами датчика 3 ВМТ и формирователя 2 импульсов, выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителей 17, 20, 23 и 26 связаны с соответствующими входами переключателя 8, первый и второй входы коммутатора 6 подключены соответственно к выходам переключателя 8 и временного селектора 12, а первый, второй, третий, четвертый и пятый входы телевизионного индикатора 5 соединены соответственно с выходами коммутатора 6, формирователя 2 импульсов, датчика 3 ВМТ датчика 4 НМТ и вторым входом амплитудного селектора 11 . В состав телевизионного индикатора 5 входят электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) 28, модулятор 29 яркости, блок 30 горизонтальной шаговой развертки и блок 31 вертикальной развертки. Первый, второй и третий входы ЭЛТ 28 подключены соответственно с выходами модулятора 29 яркости, блока 30. го- ризонтальной шаговой развертки и бло .ка 31 вертикальной развертки Первым, вторым, третьим, четвертым и

пятым входами телевизионного индикатора 5 являются соответственно вход, блока 31 вертикальной развертки, пер вый, второй и третий входы блока 30 горизонтальной шаговой развертки и

0

0

5

5

0

5

0

5

0

5

вход модулятора 29 яр-кости.

В состав а тлйтудного селектора 11 (фиг.2) входят ограничитель 32, компаратор 33 и блок 34 опорных напряжений, причем первый и второй выходы блока 34 опорных напряжений соединены соответственно с первым и вторыми входами ограничителя 32 и компаратора 33, а третий вход компаратора 33 подключен к выходу ограничителя 32, Входом, а также первым и вторым выходами амплитудного селектора 11 являются соответственно третий вход ограничителя 32, выход ограничителя 32 и выход компаратора 33. В состав синхронизатора 9 (фиг.З) входят дешифратор 35, связанный с ним первый делитель 36 и цепь из последовательно соединенных второго делителя 37 и триггера 38, выход которого подключен к Второму входу дешифратора 35. Первым и вторым входами, а тдкже первым, вторым, третьим и четвертым выходами синхронизатора 9 являются соответственно соединенные между собой входы первого делителя 36 и триггера 38, вход второго делителя 37, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора 35. В состав временного селектора 12 (фиг,.4) входят схема 39 совпадения, первый 40 и второй 41 блоки сравнения, которые подключены соответственно к первому и второму входам схемы 39 совпадения, первый блок 42 памяти, счетчик 43- числа циклов, второй блок 44 памяти и измеритель 45 угла поворота вала. Выходы первого блока 42 памяти и счетчика 43 числа циклов соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока 40 сравнения, выходы второго блока 44 памяти и измерители 45 угла поворота вала связаны соответственно с первым и вторым входами второго блока 41 сравнения. Вход счетчика 43 числа циклов и первый вход измерителя 45 угла поворота вала связаны между собой. Первым, вторым и третьим входами временного селектора 12 являются соответственно третий вход схемы 39 совпадения, первый и второй входы чзмерителя 45 угла поворота вала, а выходом временного селектора 12 является выход схемы 39 Совпадения.

Функциональный преобразователь 1 представляет собой генератор импульсов различной длительности и выпол51

нен аналогично фотоэлектрическому преобразователю считывания. В его состав входит кодированный диск, бло облучения, фотоприемники и усилители Принцип работы фотоэлектрического функционального преобразователя заключается в следующем. На валу машины объемного действия, угловое положени вала которой преобразуется в код, жестко закреплен кодированный диск, который представляет собой стеклянно основание с нанесенной на него маской - кодовой дорожкой с равнорасполо- женными прозрачными и непрозрачными для лучистого потока сегментами. Ширина сегментов отображает дискретное значение функшш fX (ip) , которая связана с углом (f поворота вала механизма. В момент съема информации луч света, проходя сквозь прозрачные сегменты кодовой дорожки диска, освещает фотоприемник. Сигнал с выхода фотоприемника поступает на усилитель Таким образом, длительность импуль- сов с выхода усилителя отображет дискретные значения функции u(if).

Датчики 3 ВМТ и 4 НМТ выполнены на базе описанного выше фотоэлектри- ческого преобразователя считывания. На двух дополнительных кодовых дорож ках диска имеется по одному прозрачному сегменту. Луч света с блока облучения, проходя через прозрачные сегменты второй и третьей кодовых дорожек, освещает соответствую1цие фотоприемники, каждый из которых связан с усилителем. Выходы усилителей являются соответственно выходами датчиков 3 БМТ и 4 НМТ.

Принцип действия блока 30 горизонтальной шаговой развертки заключается в следующем. На входы этого блока поступают сигналы от датчиков 3 и 4 и с выхода формирователя 2. Выходной сигнал блока 30 горизонтальной шаговой развертки - ступенчатое линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) - поступает на отклоняющую систему телевизионного индикатора 5 и осуществляет горизонтальное перемещение электронного луча. Количество элементов разложения по горизонтали определяется числом импульсов, поступающих с выхода функционального преобразователя 1 за один оборот вала механизма привода. В резуль тате этого на экране ЭЛТ формируется

5 0 5

О

5 0

5

0

изображение замкнутой индикаторной диаграммы, которое остается устойчивым независимо от числа оборотов вала машины объемного действия.

Блок 30 горизонтальной шаговой развертки функционирует как цифровой генератор ступенчатого ЛИН, работающий в ждущем режиме. В состав блока 30 входят последовательно соединенные двоичный счетчик на микросхемах К155ИЕ9 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) на базе микросхемы K572IIA1. Ступенчатое ЛИН фор- М71руется при помощи , на вход которого поступает линейно изменяющееся во времени число. Для папучения такого числа на счетный вход счетчика подаются сигналы с выхода фор- мироватепя 2 и myльcoв. На вход сброса этого счетчика поступают через делитель на два импульсы с выхода датчика 3 ВМТ. (Если цикл работы машины объемного действия не равен двум оборотам вала, то коэффициенты деления делителя и связи счетчика с датчиками 3 ВМТ и 4 НМТ иные).

При работе машины объемного Действия мгновенное значение давления Р (tf) газов в цилиндре, преобразуется датчиком 1 давления в соответствующее электрическое напряжение, которое усиливается, ограничивается по уровням в амплитудном селекторе, строби- руется временньпч селектором 12 и поступает на первый вход умножителя 13. На второй вход умножителя 13 поступает сигнал с выхода функционального преобразователя 1, пропортдаональный функции fy ((f) . Эта функгшя связывает смещение рабочего органа от верхней мертвой точки с углом поворота вала механизма привода машины. Сигнал Р,( /) f/ (tf) с выхода умножителя 13 поступает на интегратор 14, выходное напряжение которого отображает индикаторную работу давления за один . цикл

1Г

Р 4- I P,() Р(1/) -1Г

Временное стробирование и ограничение сигнала, пропорционального давлению Газов в цилиндре, а также использование нескольких датчиков давления, позволяет измерить среднее индикаторное давление по нескольким циклам, среднее индикаторное давление любого цикла с момента включения

машины или последовательности циклов например, 1,5,10,15..., среднее индикаторное давление части цикла, например, во время сжатия, расширения, начала (конца) времени сжатия или расширения и т.д.; среднее индикаторное давление любого цикла или его части, заключенного между (вьш1е или ниже) уровнями ограничителя; построить индикаторную диаграмму цикла или ее части с определением работы, совершенной газом или сообщенной газу; определить указанные вьше параметры цикла, происходящего последовательно в нескольких рабочих полостях, через которые проходит газ за один цикл, а также параметры цикпа, происходящего в перемещающихся рабочих полостях за один цикл.

Устройство работает следуюгщм образом.

Сигналы с выходо датчиков 16, 19, 22 и 25 давления усиливаются усилителями 17, 20, 23 и 26 и поступают через ключи 18, 21, 24 и 27 на вход сумматора 10. Ключи 18, 21, 24 и 27 управляются синхронизатором 9 так, что к входам сумматора 10 в течение цикла работы поршневой машины подключаются или последовательно выходы каждого из датчиков давления, или выход одного из них. Рассмотрим случай, когда на первый вход сумматора 10 поступает сирнал только с первого датчика 16 давления в течение цикпа работы машины объемного действия. (Первый ключ 18 открыт, а ключи 21, 24 и 27 закрыты).

Сигнал с выхода сумматора 10 поступает на амплитудный селектор 11. Основным звеном амплитудного селектора 11 является двусторонний ограничитель 32, на управляющие входы которого подаются с выходов блока 34 опорных напряжений опорные напряжени и и и2. В зависимости от режима работы ограничителя 32 происходит выделение сигнала, амплитуда которого вьш1е (ниже) одного из опорных уровней или заключена между ними. Выход- ной сигнал ограничителя 32 поступает на компаратор 33, который формирует импульс в момент совпадения входного сигнала с одним из опорных уровней. Этот импульс поступает на вход модулятора 29 яркости телевизионного инт дикатора 5 для отображения на индикаторной диаграмме уровней U,. и U

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ограничения, которые, устанавливаются оператором. С выхода амплитудного селектора М сигнал, несуш 1й информацию о мг;.овенном значении давления, поступает на первый вход временного селектора 12. На второй и третий входы временного селектора 12 поступают сигналы с датчика 3 ВМТ и формирователя 2 импульсов, связанного р функциональным преобразователем 1. Функциональный преобразователь 1 свя- .зан с валом механизма привода машины и представляет собой генератор импульсов различной длительности. Длительность импульсов Отображает дискретные значения функции р(с) , их число определяется требуемой .точностью измерения.

На входы схемы 39 совпадения временного селектора 12 поступают три- сигнала: сигнал с выхода амплитудного селектора 11, несущий информацию о мгновенном значении давления;. прямоугольный импульс, совпадающий по времени с выбранным оператором циклом; прямоугольный импульс, совпадающий по времени с выбранной опе- pal-opoM частью цикла. Эти импульсы формируются временным селектором 12 из поступающих на его вх.оды сигналов от датчика 3 ВМТ и от формирователя 2 импульсов. Временной селектор 12 осуществляет временное стробирование сигнала, несущего информацию о мгновенном значении давления. Сигнал с выхода временного селектора 12 поступает на первый вход умножителя 13. На второй вход последнего поступает сигнал с выхода функционального генератора 1. Сигнал с выхода умножителя 13 поступает на интегратор 14, выходное напряжение которого отображает ивдикаторное давление и регистрируется регистратором 15. Одновременно с этим на телевизионном индикаторе 5 отображается индикатор- . ная диаграмма (заштрихованная область Д) - зависимость давления газов, воздействующих на первый датчик 16 от угла поворота вала машины. С этой целью на входы телевизионного индикатора 5 поступают сигналы с выхода формирователя 2 импульсов, несущие, информацию об угловом перемещении вала машины и сигналы с датчиков 3 ВМТ и 4 НМТ соответственно. В результате этого осуществляется горизонтальное перемещение элек9

тронного луча ЭЛТ 28 с шагом, пропорциональным y лoвoмy перемещению вала машины. Начало развертки совпадает с моментом прохождения рабочего органа верхней мертвой точки, а ее колец - с концом цикла. (На фиг.1 представлен случай, когда цикл осуществляется за два оборота вала) . На вход усилителя 31 вертикального отклонения поступает мгновенное значение давления, (cf) газов в рабочей полости машины, а на вход модулятора 29 яркости электронного луча ЭЛТ ивди- катора 5 - сигналы о моментах совпадения сигнала Р (с|) с опорными уровнями и и U,j. Таким образом, на экране ЭЛТ формируются последовательно цикл за циклом изображение замкнутой индикаторной диаграммы, а также отметки о положении нижней и верхней мертвых точек и опорных уровней U и Ut.

Устройство осуществляет регистрацию суммарной индикаторной диаграммы. Для этого в зависимости от угла ц поворота вала машины на вход сумматора 10 подключается с помощью ключей

18,21, 24 и 27 ОДИН из датчиков 16,

19,22 и 25 давления. Управление ключами 18, 21, 24 и 27 осуществляется синхронизатором 9. Для этого на первый и второй входы синхронизатора 9 поступают импульсы Uj и U (фиг.5) с выходов датчика 3 ВМТ и формирователя 2 импульсов. Эти импульсы несут информацию, соответствующую моменту прохождения рабочим органом верхней мертвой точки и углу поворота вала мащины. На выходе первого делителя

36 формируется сигнал, форма которого представлена на диаграмме U (фиг.5). В момент времени t формируется импульс на выходе второго делителя 37, который поступает на S- вход RS-триггера 38. Сигналы с выходов первого делителя 36 и триггера 38 поступают, на входы дешифратора 35, на четырех выходах которого формируются импульсы, представленные на диаграммах U« , Ug , U и U . Моменты tp и t, времени совпадают с передним фронтом импульсов U с

выхода датчика 3 ВМТ. Моменты t и

2

t,, времени определяются коэффициентом деления второго делителя 37,- который устанавливается оператором в зависимости от требуемого времени

15

1597634

10

Т5

подключения датчиков 16, 19, 22 и давления к сумматору 10.

На фиг.1 изображен случай, когда длительность цикла работы машины объемного действия равна двум оборотам вала; когда начало цикла совпадает с верхней мертвой точкой; когда суммарной индикаторной диаграмме со- ответствует замкнутая кривая А-Б-В- Г-А и когда последовательность регистрации индикаторного давления следующая :

4 W - Р,(/ ) - Рг (Cf) - РЗ((/ ) - РЛЧ ) - ...

Процесс измерения суммарной инди- каторной диаграммы осуществляется с помощью множителя 13 и интегратора 14 и отличается от описанного вьппе тем, что на вход умножителя 13 и интегратора 14 за один цикл поступает сигнал не от одного датчика давления, а последовательно от четырех. Уст- ройство ос.уществляет также измерение части индикаторной диаграммы (на фиг.1 защтрихованная область Е), ограниченной отметками по углам If и t поворота вала машины и уровнями и и и2 ограничения. Уровни ограничения и, и Uj и угловое положение Ср и cf устанавливаются оператором. Одновременно с регистрацией сум- марной индикаторной диаграммы устройство формирует на экране ЭЛТ одну из четырех индикаторных диаграмм, соответствующую изменению давления Р

1 3 -J угла поворота

t

вала

поршневой машины. Для этого на вход коммутатора поступает сигнал U с выхода временного селектора 12 и сигнал U{ , пропорциональный давлению,

например, Р,, . (Номер включенного

канала переключателя .8 устанавливается оператором). Таким образом, на экране ЭЛТ 28 формируется суммарная индикаторная диаграмма - замкнутая

кривая А-Б- В-Г-А и индикаторная диаграмма в первой полости машины - замкнутая кривая К-Б-В-К.

Технико-экономическая эффективность устройства состоит в том, что

появляется возможность достоверного

измерения, регистрации процессов управления ими в машинах объемного де йствия, в которьгх рабочая поость не имеет стационарного положания относительно корпуса, - винтовых, с катящимся ротором, ротационно-плас- тинчатых, центробежных, газовых холодильных машин, работающих по гтиклу Стирлинга.

Формула изобретения

Устройство, для регистрации индикаторных диаграмм поршневых машин, содержащее электронно-лучевую трубку с блоками горизонтальной и вертикальной развёртки и модулятором яркости, соединеннЬм с амплитудным селектором, датчик верхней мертвой точки (ВМТ), датчик нижней мертвой точки (НМТ), формирователь импульсов, выходы которых подключены к трем входам блока горизонтальной развертки, функциональный преобразователь угла поворота вала, соединенный с входом формирователя импульсов и первьм входом умножителя, подключенного выходом через интегратор к регистратору, временной селектор, первым входом соединенный с амплитудным селектором, втор.ым входом с датчиком АМТ, третьим входом - с выходом формирователя импульсов, а выходом - с вторым входом умножителя, и первый датчик давления с первым усилителем.

отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены три дополнительных датчика дй хдения с соответствующими вторым, третьим и четвертым усилителями, четыре ключа, сумматор с четырьмя входами, синхронизатор с двумя входами и четырьмя выходами, перекпюча.тель с четырьмя входами, коммутатор с тремя входами и генератор импульсов, при этом выходы усилителей соответственно ч ерез первый, второй, третий и четвертый ключи присоединес ны к соответствующим входам сумматора, выход которого соединен с входом амплитудного селектора, первый, второй, третий и четвертый выходы синхронизатора подключены к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключей, а первый и второй входы синхронизатора соединены соответственно с выходами датчика ВМТ и формирователя импульсов, выход каж-. дого усилителя связан также с соответствующим входом переключателя, первый, второй и третий входы коммутатора соединены соответственно с выходами переютючателя, временного

Q селектора и генератора импульсов, а выход коммутатора подключен к выходу блока вертикальной развертки.

0

5

Изобретение относится к системам и приборам индицирования поршневых машин и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования их параметров. Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности индицирования машин объемного действия. Для этого сигналы с датчиков давления поступают через усилители и через ключи, которые управляются синхронизатором, на входы сумматора. Сигнал с выхода последнего поступает через амплитудный и временный селекторы, умножитель и интегратор на вход регистратора. Переключатель связан через коммутатор с телевизионным индикатором, который соединен также с датчиками верхней и нижней мертвых точек. Формирователь импульсов связан с функциональным преобразователем угла поворота вала, коммутатор - с генератором импульсов. 5 ил.

P,(f) PjW РЗ() (

юштш

32

f .

J«

.

Л

i

r{J

/3 Фиг. 2

Ui

Фи.З

fs

Фиг. 5