Устройство для измерения мощности Советский патент 1978 года по МПК G01L23/08 

1

Настоящее изобретение относится к области приборостроения и, в частности, к электронным приборам, предназначенным для измерения мощности преимущественно двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано как в качестве автономного прибора, так и в качестве устройства, встраиваемого в диагностическую измерительную систему.

Известное устройство для измерения МОЩ ности, содержащее датчик частоты вращения селектор уровня, генератор импульсов, счетчик импульсов и блок индексации обладает недостаточной точностью измерения J .

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является . устройство для измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, связанный выходом с селектором уровня, блок формирования угловых отметок, соединенный выходом со входом распределителя сигналов и управляющим входом задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отме-

ток, генератор импульсов образцовой частоты, связанный со счетным входом счетчика импульсов, вьход которого через вентили подключен к информационному входу вычислителя 2j,

Недостатком известного устройства я&ляется низкая точность измерения.

Целью настоящего изобретения является повь шение точности измерения.

Указанная цель достигается за счет того, что в него дополнительно введены сигнализатор, бпок ключей, входы которого связаны с выходами распредепитепя сигналов, а выход связан с входом вентиля, блок формирования начала отсчета угловых отметок, выход которого связан с входом задатчика номера угловой отметки, блока формирования угповых отметок и распределителя сигналов, блок синхронизации, вход которого соединен с выходом распределителя сигналов, а выход с входами блока ключей и блока формирования начала отсчета угловых отметок, и датчик синхронизации, выход которого соединен с входом блока формирования начала отсчета угловых отметок, причем выход селектора уровня соединен со входами блока формирования начала отсчета угловых отметок, блока синхронизации и сигнализатора, а выход блока ключей - со входами вычислителя, сигнализатора и задатчика номера угловой отметки. На чертеже приведена блок-схема наст ящего устройства для измерения мощности Устройство содержит датчик 1 частоты вращения, выход которого соединен со вхо дом селектора 2 уровня и счетным входом блока 3 формирования угловых отметок; датчик 4 синхронизации, связанный своим выходом через блок 5 формирования начала отсчета угловых отметок с установочным входом блока 3, первым установочным вхо дом задатчика 6 номера угловой отметки, и установочным входом распределителя 7 сигналов выход задатчика 6 соединен с управляющим входом блока 3 формирования угловых отметок, а управляющий вход - с выходом блока 3 формирования угловых от ток и входом распределителя 7 сигналов; блок 8 синхронизации, первый вход которог соединен с выходом селектора уровня 2 и первым входом сигнализатора 9, а выход с управляющими входами блока 10 ключей и блока 5; генератор 11 импульсов образцовой частоты f Q , связанный со счетным входом счетчика импульсов 12, подключенного через вентили 13 к информационному входу вычислителя 14. Первый выход распределителя сигналов 7 соединен со вторым входо блока 8 синхронизации, второй - с установочным входом счетчика импульсов 12, а третий и четвертый выходы через блок Ю ключей соединены соответственно с управля ющим входом вентилей 13. и со входом управления вычислителя 14, вторым входом сигнализатора 9 и вторым установочным входом задатчика 6 номера угловой отметки. Индексом 15 обозначен выход сигнализатора 9, индексом 16 - дополнительный управляющий вход блока 5 формирования на чала отсчета угловых отметок. Датчик 1 частоты вращения формирует иутульсы, частота - иовления которых пропорциональна угловой скорости вращения (V вала, а количество Ni углу поворот коленчатого вала двигателя. При этом угловая скорость су - определяете через периодТ - следования импульсов датчика частоты вращения Селектор 2 уровня непрерывно следит за изменяющейся угловой скоростью разгоня щегося двигателя и фиксирует моменты равенства угловой скорости заданным ве личинамии иШд , т.е. формирует всемениой интервэ-;., соответствующий времени нахождения угловой скорости внутри зоны UJH онаи) ограничивает снизу и сверу интервал изменения угловой скороси ., на котором измеряется ускоение и, следовательно, определяется мощость. Селектор 2 уровня может быть выполнен как на основе аналогового, так и цифрового сравнивающего устройства. В первом случае частота импульсов датчика 1 предварительно преобразуется в напряжение с помощью преобразователя частота-напряжение, а во втором - период следования Т-; импульсов датчика 1 преобразуется в код с помощью преобразователя период - код. БЛОК 3 формирования угловых отметок представляет собой пороговое устройство числа импульсного типа, формирующее на выходе импульс при поступлении на его счетный входМ(||. импульсов. Порог срабатывания блока 3 задается в виде кода числа Мц)- , поступающего на его управляющий вход с выхода задатчика 6 номера угловой отметки. Пороговое устройство блока 3 может быть выполнено, например, на базе счетчика с установочным нечетным входами и кодовым выходом, о.одключенным через схему сравнения кодов к управляющему входу блока. При этом счетный вход счетчика образует счетный вход блока 3. Задатчик 6 номера угловой отметки представляет собой устройство хранения чисел N(- - номеров угловь х отметок - последовательно подключаемых на выход задатчика по командам, поступающим на управляющий вход задатчика. Датчик 4 синхронизации формирует один импульс за цикл работы двигателя. Момент появления импульса синхронизации соответствует определенному моменту цикла работы двигателя, например, моменту начала подачи или впрыска топлива того или иного цилиндра, т.е. определенному углу Ч поворота коленчатого вала в цикле работы двигателя. В качестве датчика 4 синхронизации может быть использован, например, датчик начала подачи или впрыска топлива в один из цилиндров в дизельных двигателях, датчик искры зажигания одного из цилиндров в карбюраторных двигателях. При сигнале О на входе 16 блок 5 формирования начала отсчета угловых отметок выделяет передний фронт импульса датчика 4 синхронизации, а при сигнале 1 на входе 16 - передний фронт импульса селектора 2 уровня, соответствующий моменту достижения угловой скоростью величи ы(Л)ц. При появлении сигнала на Упра&ляющем входе блока 5, связанным с выходом блока 8 синхронизации, выход блока 5 блокируется.

Принцип действия предлагаемого устройства при измерении мощности отдельных цилиндров двигателя без их отключения

заключается в измерении ускорения на участке работы только проверяемого цилиндра, т.е. измеряется ускорение, создаваемое работой проверяемого цилиндра, а, следовательно, и мощность этого цилиндра. Для этого с помощью датчика 1 частоты вращения, датчика 4 синхронизации и задат- чика 6 блок 3 формирует сигналы, соответствующие моментам начала и конца работы проверяемого цилиндра. По этк сигналам аналогично описанному выще известному устройству производится измерение времени разгона двигатепяТрот начальной Ш, до конечнойШ, угловой скорости вращения, относящихся к участку работы только проверяемого цилиндра. ЗначенияШ,Тр и (jOj по мере их измерения последовательно в виде кoдoв Г ; „ и Kj поступают в вычислитель, где и осуществляется вычисление мощности

Ng для проверяемого цилиндра. Для определения средней за цикл мощности проверяемого цилиндра, полученное значение мощное ти необходимо разделить на число цилиндров двигателя.

Для того, чтобы иметь возможность сравнивать полученные значения мощностей проверяемых цилиндров друг с- другом ,необходимо сохранить идентичность условий работы проверяемых цилиндров при разгоне двигателя, например, по скоростному режиму и расходу топлива, т.е. на участке измерения ускорения все проверяемые цилиндры должны иметь близкие друг к другу угловые скорости и расход топлива. Постоянство условий работы проверяемых цилиндров сохраняется путфм ограничения зоны возможных смещений участков работы проверяемых цилиндров по скоростной характеристике разгоняющегося двигателя снизу величиной Ш и сверху - (JUg, вырабатываемых селектором 2 уровня. Измерение мощности проверяемого цилиндра осуществляется только в том случае, если его участок работы полностью находится внутри зоны Ш.- СУд-Величина5

зоныШц -OUg должна быть с одной стороны достаточно малой (но не менее щирины участка работы проверяемого цилиндра), чтобы сохранить идентичными условия работы проверяемых цилиндров, с другой 5 стороны, достаточно больщой, чтобы для измерения мощности заранее выбранного цилиндра иметь минимальное количество разгонов двигателя. Практически размер зоны ОУ„ -ЦУдНе должен превыщать изменения

скоростного режима двигателя за 1 - 1,5 цикла его работы.

При измерении мощности двигателя в целом, устройство запускается сигналом с селектора 2 уровня в момент достижения угловой скоростью разгоняющегося двигателя заранее заданной величиньь-Ш В дальнейщем принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия описаннго выше известного устройства.

Предположим, что измеряется мощность цилиндра, участок работы которого характеризуется моментами поступления после пояления сигнала датчика 4 синхронизации Мц) -го иМ -го импульсов датчика 1 частоты вращения. Перед началом измерения вручную по команде оператора или автоматически по командам блока управления диагностической измерительной системы в задачик 6 номера угловой отметки вводятся

числаNvp ,N4f селектор 2 уровня вводятся уставки, cooi ветствующие угловым скоростям А ц и ш Также вручную или автоматически устанавливаются в исходное состояние блок 8 синхронизации и сигнализатор 9, на выходе задатчика 6 номера угловой отметки устанавливается запрещенная кодовая комбинация и разблокируется его первый установочный вход, а на входе 16 блока 5 - сигнал О. При этом блок 10 ключей оказываетс заблокированным, а блок 5 разблокированным сигналом О с выхода блока 8 синхронизации. Сигнал на выходе сигнализатора 9 отсутствует.

Затем резкой подачей топлива двигатель разгоняется до максимальной угловой скорости. Селектор 2 уровня по сигналам датчика 1 частоты вращения непрерывно следит за увеличающейся скоростью двигагтеля. Блок 5 формирования начала отсчета угловых отметок по переднему фронту сигнала датчика 4 синхронизации всякий раз формирует на своем выходе импульс, устанавливающий блок 3 формирования угловых отметок, распределитель 7 сигналов и за- датчик 6 номера угловой отметки в исходные состояния. При этом код на выходе последнего изменяется и принимает значение, соответствующее числу iv(y. Соответственно равным этому же числу устанавливается порог срабатывания блока 3 формирования угловых отметок, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода да чика 1 частоты вращения, следующие с периодом следования T-f . При поступлении Мчу., -го импульса с момента установки блока 3 в исходное состояние, последний срабатывает и формирует на своем выходе импульс, который поступает на управляюший вход задагчика 6 номера угловой отме ки, и на вход распредепигепя 7 сигналов. При эгок-г на выходе задагчика 6 устанавли ваегсЕ код числа Ni -t-l, равного следующему порогу срабатывания блока 3, а на первом и втором выходах распределителя 7сигналов появляются импульсы. Импульс с первого выхода распредепигепя 7 сигналов поступает на второй вход блока 8 синхронизации, но не изменяет его состояние, поскольку сигнал на первом входе блока 3 отсутствует, В результате блок 10 ключей остается по прежнему заблокированным, сиг налы, появляющиеся на других выходах раопредедителя сигналов 7 при последующих срабатываниях блока 3 формирования угловых отметок на входы вентилей 13 и вычис лителя 14, не проходят и измерения ускоре ния не происходит. При достижении угловой скорости tt селектор 2 уровня срабатывает и формирует на своем выходе сигнал 1, поступающий на первый вход блока 8 синхронизации. В момент очередного срабатывания блока 3 формирования угловых отметок при пороге равномЦс., импульс, поступающий с первого выхода распределителя 7 сигналов на второй вход блока 8 синхронизации, разблокирует последний и сигнал 1 с выхода селектора 2 уровня проходит через блок 8на входы блоков 5 и-10. При этом вы ход блока 5 блокируется, а выходы блока 10 разблокируются. Появляющийся одновременно с импульсом на первом выходе распределителя 7 сигналов импульс на втором выходе последнего устанавливает счетчик 12 импульсов в исходное нулевое состояни К моменту прихода ()-го импульс на вход блока 3 формирования угловых отметок в счетчике 12 импульсов, на вход которого поступают имульсы с выхода генератора 11 с частотой 1о , будет зафиксировано число N импульсов, равное С -1 Число N обратно пропорционально угловой скорости вращения вала двигателя вначале участка работы проверяемого цилиндра В момент прихода ()-го импульса блок 3 формирует импульс, по которому на выходе задатчика 6 номера угловой отметки устанав7швается код следующего порога срабатывания блока 3 - число tf а распределитель 7 сигналов вырабатывает импульс на своем третьем выходе. Этот импульс через блок 10 ключей поступает на управляющий вход вентилей 13 и разблокирует их. При этом код числа N с выхода счетчика импульсов 12 считывается в запо минающее устройство вычислителя 14. К моменту прихода Rtf« -го импульса а вход блока 3 формирования угловых отеток в счетчике 12 импульсов будет зафиксировано число N1 импульсов, равное: «--f Число Н) пропорционально времени Тр рохождения валом двигателя в процессе го разгона участка работы проверяемого илиндра, характеризующегося начальным конечным Нк углами поворота ц ла двигателя. В момент прихода Кц -го импульса по сигналу блока 3 формирования угловых отметок на выходе задатчика 6 номера угловой отметки устанавливается код следующего порога срабатывания блока 3- число .+1, а распределитель сигналов 7 снова вырабатывает импульс на своем третьем выходе. Вентили 13 опять разблокируются и код числа N)( переписывается в вычислитель 14. Через время, необходимое для уверенной переписи кода счетчика 12 импульсов в вычислитель 14, появляется сигнал на втором выходе распределители 7 сигналов, устанавливающий счетчик 12 импульсов в исходное нулевое состояние. В результате к моменту прихода (N ц., + + 1)-го импульса на вход блока 3 в счет чике импульсов 12 будет зафиксировано число импульсов, равное: Число Nj обратно пропорционально угловой скорости ( вращения вала двигателя в конце участка работы проверяемого цилиндра. В момент прихода ( N р,, +1)-го импульса на вход блока 3 код числа t{ аналогично описанному выще способу будет переписан в вычислитель 14. При этом на выходе задатчика 6 будет установлен код запрещенной комбинации, блокирующий возможность дальнейщего срабатывания блока 3. Через время, необходимое для уверенной переписи .кода счетчика 12 импульсов в вь 1ислитель 14, на четвертом выходе распределителя 7 сигналов появляется сигнал, который блокирует первый установочный вход задатчика 6 и одновременно вырабатывает команду на вычисление вычислителю 14. Последний производит вычисление мощности проверяемого цилиндра по форму- е:J J1,. Ng N-( где ГП - число цилиндров д виг а теля, П номинальные обороты вала, К - постоянный коэффициент. При этом величины Н, Изъявляются переменными для вычислителя 14, а величины ш ,.. являются постоянными дпя данной марки двигателя и вводятся в вычислитель 14 перед началом измерений. Одновременно с командой на вычисление сигнал с четвертого выхода распределителя 7 сигналов поступает на соответст вующий вход сигнализатора 9 и блокирует его другой вход, связанный с выходом селектора 2 уровня. ЕСЛИ в процессе разгона двигатель достигает угловой скорости CfiJg до момента прихода (Nif +1)-го импульса на участке измерения мощности проверяемого цилин ра, то к моменту появления импульса на четвертом выходе распределителя 7 сигнал блок 10 ключей оказывается заблокированным и команда на вычисление не поступае При этом по заднему фронту сигнала на выходе селектора 2 уровня сигнализатор 9 вырабатывает на выходе 15 сигнал оператору о необходимости повторить измерени так как интервал работы проверяемого цилиндра не уложился полностью в зону 1)ц- is) , Допустим, что измеряется мощность двигателя в целом. Перед, измерением на входе 16 блока 5 формирования начала отсчета угловых отметок устанавливается сиг нал 1, а в задатчик 6 номера угловой отметки вводятся числа, соответствующие приходу первого, второго,, - го и ( +1)-го импульсов датчика 1 частоты вращения на вход блока 3. При этом число выбирается так, что интервал Тр между ио ментом прихода первого и |ро-го импульсов равен или кратен по углу поворота коленчатого вала циклу работы двигателя. Работа устройства в целом не отличается от его функционирования при измерении мощ ности отдельного цилиндра. Единственным отличием является то, что сигнал начала отсчета угловых отметок формируется блоком 5 по переднему фронту сигнала на выходе селектора 2 уровня, а при вычислеНИИ мощности коэффициент }Ttпринимается равным единице. 10 Формула изобретения Устройство для измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, связанный выходом с селектором уровня, блок формирования угловых отметок, соединенный выходом со входом распределителя сигналов и управляющим входом задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отметок, генератор импульсов образцовой частоты, связанный со счетным входом счетчика импульсов, выход которого через вентиль под- ключен к информационному входу вычислителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены сигнализатор, блок ключей, входы которого связаны с выходами распределителя сигналов, а выход связан с входом вентиля, блок формирования начала отсчета угловых отметок, выход которого связан с входом задатчика номера угловой отметки, блока формирования угповых отметок и распределителя сигналов, блок синхронизации, вход которого соединен с выходом распределителя сигналов, а выход с входами блока ключей и блока формирования начала отсчета угловых отметок, и датчик синхронизации, выход которого соединен с входом блока формирования начала отсчета угловых отметок, причем выход селектора уровня соединен со входами блока формирования начала отсчета угловых отметок, блока синхронизации исигнализатора, а выход блока ключей - со входами вычислителя, сигнализатора и задатчика номера угловой отметки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидегельсгво № 167332, кл. GOl U 3/24, 1963. 2, Авторское свидетельство К 314088, кл. (01 L 23/08, 1969.