Устройство для измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01L23/10 

Изо.бретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях быстропеременных давлений газов в цилиндре (индицировании) поршне-- вого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), когда давлениз носит циклический характер изменения и имеет участки с нулевым значением.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления. Кроме того, изобретение позволяет не производить подбор (согласование) транзисторов во входном дифоеренциальном каскаде операционного усипителя преобразователя заряда, что удешевляет устройстео.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения давления в цилиндре ДВС; на фиг.2, 3 приведены диаграммы в функции от угла поворота коленчатого вала, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения давления газов в цилиндре.поршневого ДВС (фиг.1) содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления 1. преобразователь заряда 2, представляющий собой операционный усилитель 3 с измерительным конденсатором 4 и ключом 5 между его инвертирующим входом и выхо- . дом, и измерительный блок 6, а также последовательно соединенные операционный усилитель, ключ8изапоминающийблок9 между

NJ VI

00

ел со

выходом и неинвертирующим входом преобразователя заряда 2. При этом выход пре- обраэователя заряда 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, неинвертирующий вход кото- рого соединен с общей точкой схемы (корпусом), Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала 10, формирователь импульсов 11 исхемузадер- жки импульсов 12, выход которой соединен с управляющим входом ключа 8, а вход - с управляющим входом ключа 5 преобразователя заряда 2.

Устройство работает следующим обра- зом. При воздействии измеряемого давления Р газов, имеющего циклический характер, на пьезоэлектрический датчик 1, на выходе последнего возникают электрические заряды, пропорциональные давлению, т.е. с такой же формой изменения в функции от угла поворота, что и давление газов. Преобразователем заряда 2 электрические заряды преобразуются в электрическое напряжение 11вых. которое измеряется измерительным блоком 6. Однако в процессе измерений могут возникать погрешности, т.е. форма выходного напряжения преобразователя 2 может не соответствовать форме изменения давления газов из-за возникновения паразитных (неинформативных) зарядов, возникновения неинформативной составляющей напряжения 11вых. Паразитные заряды могут возникать при воздействии высокой цикличе- ской температуры сгорания газов в цилиндре ДВС на датчик давления, при изгибании и вибрации кабеля, соединяющего датчик давления 1 с преобразователем заряда 2; неинформативная составляющая выходного напряжения Увых может возникать из-за неидентичности характеристик транзисторов входного дифференциального каскада операционного усилителя 3 преобразователя заряда 2 при изменений температуры окружающей среды, а также из-за изменения режима операционного усилителя 3 при коммутациях ключа 5 и заряда (разряда) измерительного конденсатора 4 через паразитные связи и от паразитных источников (например, термоэлектродвижущая сила в контактах электрических цепей, источники управляющих сигналов и т.п). Диафаммы иллюстрируют, каким образом в заявляемом устройстве ус- траняются названные погрешности. На фиг.2 обозначено: Узад - выходной сигнал схемы задержки импульсов; AI- погрешность из-за паразитных зарядов датчика и

кабеля; Ју погрешность из-за неидентичности характеристик транзисторов операционных усилителей .при изменений температуры; Аз - погрешность из-за паразитных связей и изменения режима операционного усилителя.

При достижении коленчатым валом угла поворота р формирователь импульсов 11 по сигналам преобразователя угла поворота коленчатого вала 10 вырабатывает импульс напряжения ифи. который заканчивается при угле поворота (pi . Импульс ифи. воздействуя на управляющий вход ключа 5, вы- зывает замыкание его контактов, в результате чего измерительный конденсатор 4 разряжается, при этом выходной заряд датчика давления 1 также равен нулю. Таким образом, погрешность, обусловленная паразитными зарядами на входе преобразователя заряда, устраняется.

При угле поворота коленчатого вала рз на выходе схемы задержки импульсов 12 возникает импульс напряжения 1)эад, который, воздей- ствуя на ключ 8, вызывает его замыкание. При замыкании ключа 8 восстанавливается цепь коррекции выходного сигнала 1)Вых: выход операционного усилителя 3 - инвертирующий вход операционного усилителя 7 - ключ 8 - запоминающий блок 9 - неинвертирующий вход операционного усилителя 3 - выход операционного усилителя 3. В результате коррекции на неинвертирующем входе операционного усилителя 3 вырабатывается напряжение коррекции UK, которое компенсирует выходное напряжение до нуля (точнее до значения, равного

Uebix ,

К

0,где К - коэффициент усиления операционного усилителя 7 ). При угл е поворота {% преобразователь заряда переходит из состояния сброса заряда в состояние преобразования заряда в результате размыкания контактов герконового ключа 5. Этот переход сопровождается появлением неинформативной составляющей выходного напряжения ивых, обусловленной зарядом (разрядом) измерительного конденсатора 4 через паразитные связи между цепью управления ключа 5 и инвертирующим входом операционного усилителя 3 от паразитных источников; управляющего сигнала ифи и напряжения, возникающего от движения контакта геркона в магнитном поле, а также сменой режима операционного усилителя 3 по постоянному току (режима с минимальным сопротивлением обратной связи, когда ключ 5 замкнут, на режим максимального сопротивления обратной связи, когда ключ 5 разомкнут). Однако, за счет

того, что до момента рз действует цепь коррекции выходного сигнала Увых, эти возникающие неинформативные составляющие напряжения компенсируются. При угле поворота р$ цепь коррекции разрывает- ся и устройство переходит в режим измере- ний, но напряжение коррекции UK благодаря запоминающему блоку сохраняется до следующего цикла сброса и коррекции. Момент рз выбирается так, чтобы он совпадал или был вблизи момента, когда измеряемое давление, а следовательно, и заряд равны или близки нулю, например, в нижней мертвой точке поршня (НМТ). Таким образом, при переходе устройства в режим измерений входному нулевому сигналу давления соответствует нулевой выходной сигнал 1)вых, т.е. точность преобразования (измерения) повышается.

Формулаизобретения

Устройство для измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда,

представляющий собой операционный усилитель с измерительным конденсатором и ключом между его инвертирующим входом и выходом, и измерительный блок, а также последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом ключа преобразователя заряда, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерения давления, оно снабжено запоминающим блоком, вторым ключом и дополнительным операционным усилителем, а также схемой задержки импульсов, причем инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединен с выходом преобразователя заряда, выход дополнительного операционного усилителя через последовательно соединенные второй ключ и запоминающий блок связан с неинвертирующим входом операционного усилителя преобразователя заряда, а выход формирователя импульсов через схему задержки импульсов связан с управляющим входом второго ключа.

Использование: в измерительной технике при измерениях быстропеременных давлений газов в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Цель: повышение точности измерения давления. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда в виде операционного усилителя с измерительным конденсатором и ключом между его инвертирующим входом и выходом, измерительный блок, а также последовательно соединенные операционный усилитель, ключ и запоминающий блок между выходом и неинвертирующим входом преобразователя заряда. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала, формирователь импульсов и схему задержки импульсов, выход которой соединен с управляющим входом ключа, а вход - с управляющим входом ключа преобразователя заряда, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя. Положительный эффект: уменьшение погрешностей, обусловленных дрейфом нуля операционного усилителя. 3 ил. ё

фаг.

й- fc--35 Ж-%

1778584

О 12

шгз

X 48 ВО