Цифровой измеритель отношения давлений в двигателе внутреннего сгорания Советский патент 1980 года по МПК G01L15/00 G01L23/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ В ДВИГАТЕЛЕ/ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения и контроля давления в цилиндре двига- j телей внутреннего сгорания.

Известно устройство для измерения отношения давления, в котором с целью угла поворота вала, пропорционального отношению давле- 10 НИИ, осуществляется механическое логарифмирование и антилогарифмировакие промежуточных величин (углов поворота) , пропорциональных давлениям 1 .15

Недостатком данного устройства является значительная погрешность изме- рителя за счет наличия механических преобразований, а также низкое быстродействие, ограничивающее его не- jO пользование при исследовании быстроменяющихся процессов.

Известно также устройство для измерения отношения давлений, которое является наиболее близким по техничес 25 кой сущности и достигаемому результату к изобретению 2 .

Устройство содержит рычаг, к одному плечу которого подсоединен манометрический упругий чувствительный JQ

cJjieMsrfT, а к другому - анероидный чувствительный элемент, закрепленный на поворотной рамке, датчик положения рычага и сервопривод для поворота рамки. Устройство снабжено двумя электромагнитами с якорями и двумя функциональными преобразователями давление-электрический ток, один из которых анероидный, а другой - манометрический. При этом якорь одного электромагнита жестко связан с анероидным чувствительным элементом, а якорь другого - с манометрическим. Выходные клеммы преобразователей дайление - электрический ток соединены последовательно между собой и с обмотками обоих электромагнитов. При поступлении давлений рычаг поворачивается. Датчик положения рычага через следящую систему его выравнивает, отрабатывая угол oi. При этом угол oi. зависит от отношения давлений pj Pj. , а также от абсолютных значений Pj и Pj . Компенсация этой зависимости производится следующим образом. Функциональные преобразователи преобразуют давления в электрические то,ки, поступающие в обмотки электромагнитов, якоря которых изменяют положение рычага.

Недостатком такого устройства является относительно невысокая точность, обусловленная погрешностью электро-механического преобразователя, а также сложность реализации.

Цель изобретения - повышение точ ности измерения отношения давления. Это достигается тем, что в измерителе, содержащем датчики давления, фильтры низких частот и вычислительное устройство, последнее содержит аналоговое запоминающее устройство, пропорционально-интегральное звено, дифференциатор, усилитель-ограничитель , формирователь, сравнивающее устройство, триггер, ключ и узел цифрового измерения интервалов времени, причем выход первого датчика подключен через первый фильтр параллельно ко входам аналогового запоминающего устройства и дифференциатора, выход которого через последовательно соединенные усилитель-ограничитель и формирователь подключен к одному входу триггера, соединенного с управляющими входами ключа, аналогового запоминакнцего устройства и входам узла цифрового измерения интервалов времени, другой вход триггера соединен с выходом сравнивающего устройства, входы которого подключены к выходам пропорциональноинтегрального звена и второго фильтра, выход которого соединен через ключ с входом пропорционально-интегрального звена, вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового измер1ителя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу цифрового измерителя.

Измеритель содержит датчики давления 1 и 2, фильтр низких частот 3, аналоговое запоминающее устройство 4 дифференциатор 5, усилитель-ограничитель 6, формирователь 7, триггер 8 ключ 9, фильтр 10, пропорциональноинтегральное звено 11, сравнивающее устройство 12, узел 13 цифрового измерения интервалов времени.

Выход первогодатчика 1 подключен через фильтр 3 параллельно ко входам аналогового запоминающего устройства 4 и дифференциатора 5, выход которогр через усилитель-ограничитель 6 и формирователь 7, последовательно соединенные, подключен к одному входу триггера 8,соединенного с управлящими входами ключа 9 и аналогового запоминающего устройства 4, а также со входом узла 13. Другой вход триггера 8 соединен с выходом сравнивакидего устройства 12, один вход которого подключен к выходу пропорционально-интегрального звена 11, а другой - к выходу соединенного с выходом второго датчика 2 второго фильтра 10, выход которого соединен через ключ 9 с интегрирующим входом пропорционально-интегрального звена 11,пропорциональный выход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства 4.

Цифровой измеритель работает следующим образом. Изменяющееся за цикл давления Р в цилиндре двигателя внуреннего сгорания фиксируется первым датчиком 1 давления, например индуктивным. Давление Р , соответствующее линии атмосферного давления, фиксируется вторым датчиком 2 давления. С выхода датчика 1 переменное напряжение подается на вход первого фильтра 3, где выделяется огибающая напряжения, повторяющая закон изменения давления Р. Она выделяется фильтрюм 3, напряжение с которого подается на вход устройства 4 и на вход дифференциатора 5. На выходе последнего напряжение в моменты, соответствующие экстремальным точкам давления р, равно нулю. С выхода дифференциатора 5 напряжение подается на вход усилителя-ограничителя б, где оно преобразуется S напряжение прямоугольной формы. Данное напряжение подается навход формирователя 7, вьщеляи щего импульс,соответствующий заднему

фронту выходного напряжения усилителя-ограничителя 6, т.е. моменту PI РГООХ Этот импульс перебрасывает триггер, своим выходным уровнем разрешающий запоминание выходного напряжения фильтра 3 на устройство 4 и открывающий ключ 9.

Для фиксирования давления Р, соответствующего линии атмосферного, служит второй датчик 2,второй фильтр 10. Это давление можно считать пЬстоянным в пределах каждого цикла работы двигателя внутреннего С1;ррания. Напряжение с выхода фильтра 10 подается через открытый ключ 9 на интегрирующий вход пропорционально-интегрального эвена 11, выполненного, например, на основе операционного усилителя. На пропорциональный вход звена 11 подается напряжение с выхода устррйств.а 4. Выходное напряжение пропорционально-интегрального звена 11 имеет следующий вид;

U„lt) (,K,/C -Uot/PC

Это напряжение подается на один вход сравнивающего устройства 12, на другой вход которого подается напряжение DO. Момент срабатывания сравнивающего устройства 12 может быть определен из соотношения

(Uo UmaxKi/C2-Uot/PC2 Uo,

откуда длительность импульса на выходе триггера 8, возвращаемого висходное состояние импульсом сравнивающ го устройства 12, при С Cj С, пропорциональна отношенигои |LL/ т р д1 1Я1°.-рс ( UQVQ Длительность этого импульса изм ряется с помощью узла 13, выходным сигналом которого (и всего устройс ва) является цифровой код, пропорциональный искомому отношению ,, max /,. ,. К--;5-(KjConst). Смена выходного уровня триггера 8 служит сигналом для сброса напряже ния, запомненного в устройстве 4, а также дЛя закрытия ключа 9. Схем возвращается в исходное состояние, В следующем цикле работа происходи аналогично рассмотренной. Техническая эффективность изобретения состоит в том, что задача п вышения чувствительности выполняется без применения механических и электромеханических функциональны узлов. Формула изобретения Цифровой измеритель отношения давлений в двигателе внутреннего -сг рания, содержащий датчики давлений фильтры низких частот и вычислитель ное устройство, отличаю щи й с я тем,, что, с целью повышения точности, в нем вычислительное устройство содержит аналоговое запоминающее устройство, пропорциональноинтегральное звено, дифференциатор, усилитель-ограничитель,формирователь, сравнивающее устройство,триггер,ключ и-узел цифрового измерения интервалов времени,причем выход первого датчика подключен через первый фильтр параллельно ко входам аналогового запоминающего устройства и дифференциатора, выход которого через последовательно соединенные усилительограничитель и формирователь подключен к одному входу триггера, соединенного с управляющими входами ключа, аналогового запоминающего устройства и входом узла цифрового измерения интервалов времени, другой вход триггера соединен с выходом сравнивающего устройства, входы которого подключены к выходам пропорционально-интегрального звена и второго фильтра, выход которого соединен через ключ со входом пропорциональноинтегрального звена, соединенного с выходом аналогового запоминающего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 435468, кл. G 01 L 15/00, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 336550, кл. G 01 L 23/08, 1972 (прототип).

У, Г/ГА

.

ЛЗУ