Устройство для измерения запыленностигАзОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАПЬШЕННОСТИ ГАЗОВ ролируемого узла, например воздушного компрессора или впускной системы двигателя J.. Однако «при расположении ленты вдоль контролируемого потока воздуха требуется организация длинного канала со специальным отбором газа, каждый объем которого находится в канале достаточно долго для того, чтобы большая часть частиц успела отложиться на ленте при продольной траектори потока. При этом-кокс, содержащийся воздухе, практически не будет откладываться на ленте. При расположении ленты в проточной части воздушной си темы перпендикулярно потоку (для обе печения максимально возможной массы отложений частиц пыли -или кокса), равнодействукяцая динамического давления потока на лёнлу изменяет среднее значение ее натяжения и, следователь но, ее резонансную частоту. Причем даже малые значения равнодействующей динамического давления приводят к существенному изменению натяжения благодаря тому, что угол между равнодействукяцей и силой натяжения ленты близок к 90°. Таким образом, резо нансная частота колеблющейся ленты определяется не только массой отложений частиц на ленте, но в значительной степени скоростью газового потока, зависящей от режима работы двигателя, что , в свою очередь отрицательно сказывается на достоверности результатов измерений. Кроме того, при использовании уст ройства в качестве датчика закоксованности, отложение кокса на ленте снижает ее гибкость и, как следствие эксплуатационную надежность устройства. Конструкция известного устройства сложна и нетехнологична, его трудно выполнить вибростойким и мало габаритнььм, что необходимо для использования его на двигателе внутрен него сгорания. Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности, работы. Поставленная цель достигается тем что известное устройство для измерения запыленности газов, содержащее чувствительный элемент, расположенный на пути газового потдака, возбудитель колебаний,датчик перемещения чувствительного элемента и измерительный узел, дополнительно содержит фазовращатель, электромагнит и усили тель, чувствительный элемент выполнен S виде стальной пластины, укрепленной на плоской пружине,, при этом возбудитель колебаний совмещен с дат чиком перемещения, который подключен ко входу фазовращателя, связанного своим выходом через усилитель с элек ромагнитом, причем последний и датчи .перемещения расположены за пластиной по ходу газового потока. Выполнение чувствительного элемен.та в виде пластины, сопряженной с плоской пружиной позволяет устанавливать его непосредственно в проточной части воздушной системы двигателя внутреннего сгорания перпендикулярно направлению воздушного потока, а также использовать устройство в качестве датчика закоксованности воздушного тракта. Это стало возможным потому, что постоянная составляющая силы, изгибающей плоскую пружину, не влияет на ее резонансную частоту и поэтому не ухудшает точности измерения слоя отложения, так как частицы кокса удерживаются на пластине. Резонансная частота пластины не зависит от скорости потока газа, т.е. от режима работы двигателя, а определяется только весом частиц. В то же время на noBepxHCjTb плоской пружины, испытывающей действие изгибногб момента, кокс не попадает, не изменяет ее гибкости и, таким образом, обеспечивается достаточно высокая эксплуатационная надежность устройства. Данное схемное решение возбудителя колебаний и измерительного узла в их взаимосвязи обеспечивает высокую чувствительность и помехоустойчивость измерений. На чертеже схематически изображено устройство для измерения запыленное- . ти газов. Устройство содержит чувствительный элемент, который представляет собой стальную пластину 1, выполненную заодно с плоской пружиной 2, датчик 3 перемещения, электромагнит 4 и измерительный узел. Чувствительный элемент укреплен в корпусе 5 устройства так, что пружина 2 закрыта щитком 6. Датчик 3 перемещения и электромагнит 4 расположены в непосредственной близости от пластины 1 со стороны ее нерабочей поверхности. Датчик 3 выполнен токовихревым и является одновременно возбудителем колеба-. НИИ. Его обмотка подключена ко входу измерительного узла, в частности к цифровому частотомеру 7 и фазовращателю 8. Последний через усилитель 9 связан с электромагнитом 4. Устройство работает следующим образом. Чувствительный элемент с датчиком 3 перемещения и электромагнитом 4 размещается на пути прохождения газового потока, содержащего частяин пыли (или кокса), в воздушном тракте двигателя внутреннего сгорания так, что стальная пластина 1 расположена перпендикулярно этому потоку и открыта для него, а пружина 2 защищается от него щитками 6. Пластина 1 и корпус 5 устройства предохраняют датчик 3 и электромагнит 4 от попадания на них пыли и кокса. Флуктуации воздушного потока, вибрации и

другие возмущения возбуждают в пластине 1 колебания, которые передаются пружине 2. Эти колебания фиксируются датчиком 3 перемещения, в обмотке которого появляется электрический сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний пластины 1, который используется для дальнейшего возбуждения колебаний последней. Фазовращатель 8 сдвигает этот сигнал по фазе, после чего он усиливается усилителем 9 и 1 Ьступает на обмотку электро магнита 4, по которой начинает протекать ток, пропорциональный величине напряжения датчика 3 и, таким образом, колебания пластины 1 усиливаются. Сдвиг фазы тока в обмотке элек ромагнита 4 относительно напряжения датчика 3 подбирается таким, что замкнутая цепочка , пластина 1 - датчик 3 - фазовращатель 8 - усилитель 9 - электромагнит 4 - пластина 1 обраэует контур с положительнай обратной связью. Коэффициент усиления разомкнутой системы подбирается таким, чтобы- .

К К,- 1 , где К - коэффициент преобразования датчика перемещения(мм/в);

К2 - коэффициент преобразования фазовращателя и усилителя (В/мА);

К - коэффициент преобразования электромагнита (мА/гс);

К - статическая жесткость плоской пружины (ГС/ММ),

Это неравенство является обычным условием самовозбуждения при коэффиценте обратной связи равном единице. При этом в замкнутой системе будут постоянно поддерживаться незатухающие колебания, частота которых равна резонансной частоте пластины 1 на пружине 2.

Эта частота измеряется цифровым частотомером 7. По мере отложения на пластине 1 кокса или слоя пылевых частиц масса пластины оэрастает и резонансная частота колебательной систекш пластина-пружина уменьшается Изменение этой резонансной частоты, фиксируется частотомером 7 установка которого выбирается равной частоде колебаний пластины 1 в начале работы, при отсутствии ее запыленности. Относительное отклонение частоты колебаний пластины 1 пропорционально удвоенному отношению массы отложений

к массе пластины 1. Зная сечение пластины 1, ее массу и скорость потока, по измеренному результату можно подсчитать запыленность воздуха либо степень его загрязненности продуктами .сгорания.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить достоверность результатов измерений и имеет большую эксплуатационную надежность. Это устройство можно использовать для контроля тех переходных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, в которых нарушаются режимы воздухоочистки и для оценки конструктивных мероприятий, направленных на устранение этих нарушений, что приведет к увеличению срока службы и повышению эксплуатационной надежности двигателей. Кроме того, устройство может быть использовано в качестве датчика-свидетеля при определении степени закоксованности воздушного тракта двигателя вместо периодической разборки и осмотра узлов воздушной системы.

Формула изобретения

Устройство для измерения запыленности газов, содержащее чувствительный элемент-, расположенный на пути газового потока, возбудитель колебаний, датчик перемещения чувствительного элемента и измерительный узел, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, устройство дополнительно содержит фазовращатель, электромагнит и усилитель, чувствительный элемент выполнен в виде стальной пластины, укрепленной на плоской пружине, при этом возбудитель колебаний совмещен с датчиком перемещения который подключен ко входу фазовращателя, связанного своим выходом через усилитель с электромагнитом, причем последний и датчик перемещения расположены за пластиной по ходу .газового потока.

ИсточникГи информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3561253, кл. 73-28, опублик. 1977.

2.Заявка Франции № 2243432,

кл. G 01 N 15/00, опублик. 1975(прототип ) ..