Аварийный пылесигнализатор Советский патент 1982 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения количества и концентрации пыли в газовом потоке.

Известно устройство для определе-ния количества пыли, содержащейся в воздухе, включающее кварцевый кристалл, установленный в пылегазовсни. потоке, кварцевый кристалл включен В резонансную цепь°, резонансная частота которой изменяется вследствие осевшей на кристалл пыли. По величине Изменения частоты электрического сигнала судят о количестве пыли,осевшей на кварцевом кристалле 1.

Известен также анализатор пыли, содержащий пьезоэлектрический датчик, установленный в пылегазовом потоке. Скорость газа, а следовательно, и скорость пыли в устройстве поддерживают строго постоянной. Пъеаодатчик, реагируя на удары частиц, вырабатьдаает электрические импульсы, соответствующие количеству и массе пылинок, соприкасающихся с.датчиком. Импуль- . сы подсчитываются счетчиком,и резуль-, таты измерения поступают на индикатор 23.

К недостаткам указанных устройств .относятся отсутствие учета абразивности пыли, влияющей на износ деталей двигателя, а также их низкая вибростойкость. Вибрации двигателя .при его работе создают в пъезо - и в кварцевых кристаллах шумовой фон, неотличимый.от полезного сигнала, вследствие чего эти устройства не могут быть применены на транспортных

средствах.

10

Известно устройство,содержащее датчик и измерительную цепь. Датчик представляет собой пластину-изолятор с нанесенными на.противоположных сторрнах двух проводящих слоев,каж15дый из которых включен в плечо измерительного моста. Слой, обращенный к га-зовому потоку,изнашивается под воздействием пыли, и по скорости из- . менения сопротивления этого слоя су20;дят о концентрации и абразивных свойствах пыли, содержащейся в воздуховоде после прохождения воздушного фильтра двигателя 3. . . .

25

Недостатком этого устройства является низкая точность контроля ко.личества абразивных частиц.

Наиболее близким к предлагаемому. по технической сущности является 30 аварийный пылесигнализатор, содержащий рабочий резистор, последователь но соединенный с блоком нормировани и .преобразования, блок сравнения,йы ход которого соединен с индикатором счетчик,программное устройство и тахометр. При работе двигателя через сечение воздУ совода, где установлен раб чий резистор, проходит некоторое ко личество пыли,которая изнашивает пр водящий слой.- и вызывает изменение сопротивления рабочего- резистора.От носительное изменение сопротивления рабочего резистора сравнивается с сопротивлением эталонного резистора и в зависимости от результата сра внения или возникает сигнал, вызывающий срабатывание сигнализирующего устройства (индикатора), или открывается выходной канал блока сравнения, по сигналу которого программное устройство возвращается в исходное состояние 4. Недостатком этого устройства является низкая достоверность контроля из-за ложных срабатываний, происходящих при работе устройства. Ложные срабатывания -вызваны тем, что на скорость износа проводящего слоя рабочего резистора, т,е. на чувствительность устройства, влияет как общее количество абразивных частиц, воздействующих на рабочий резистор в течение определенного промежутка времени, так и кинетическая энергия этих частиц, которая пропорциональна квадрату скорости пылегазового поток.а в воздухопроводе, и следовательно, квадрату числа оборотов двигателя,. В действительности, на износ деталей двигателя влияет только количество абразивных частиц, попадаюгщих в двигатель за определенный интервал времени, котороепропорцио- нально суммарному числу оборотов дви гателя. Таким образом, скорость изменения сопротивления рабочего резистора в известном устройстве пропорциональна числу оборотов двигателя в третье степени, в то время как количество абразивной пыли, попадающей внутрь двигателя и проводящей к его аварийному износу, пропорционально суммарному числу оборотов. . Действительно, экспериментально установлено, что величина увеличения сопротивлений и связанная с ней величина уменьшения проводимости рабочего резистора 3V за время dt определяется формулой d4--ki Swi,,v(i)-KiV(i)drt --Kii 2jM«3t, (i) E-f где К - чувствительность датчика т - масса одной частицы пыли) h - число частиц,прошедших через сечение воздухопрово- да за время dtj . dm - масса всех частиц,прошедших через сечение воздухопровода за.время dt; U(t)- CKQpocTb частиц в пылегазовом потоке в место установления датчика,равная скорости воздушногопотока в этом же месте;мJ- частота вращения компрессора (коленвала); К2 - коэффициент объемного расхода воздуха,зависящий от оборотов воздушного компрессора;. J - концентрация пыли на входе двигателя. Чувствительность датчика определяется формулой У -1х.-г I . /тч. aГ) где К Из формулы (2) видно, что чувствительность датчика зависит не только от концентрации пыли на входе двигателя (J), но и от режима работы двигателя ( ) г что значительно снижает точность измерения и может приводить к ложным срабатываниям индикатора.. Цаль изобретения - повышение точности измерения.: Поставленная цель достигается тем, что в известный аварийный пылесигнализатор, содержащий рабочий резистор, последовательно соединенный с блоком нормирования и преобразования, блок сравнения/выход которого соединен с индикатором, счетчик, программное устройство и тахометр дополнительно введены блок памяти и устройство возведения в третью степень, причем выход тахометра соединен со входом счетчика, выход которого подключен ко входу устройства возведения в третью степень,при этом выход устройства возведения в третью степень соединен с .входом программного устройства, ош из выходов которого подключен к индикатору, а .другой к- первому входу блока памяти, ко второму входу которого подключен один из выходов блока нормирования и преобразования, другой выход которого соединеи с первьам входом блока сравнения, а второй вход блока сравнения ; соединён с выходом блока памяти. На чертеже представлена блок-схема аварийного пылесигнализатора. Аварийный пылесигнализатор содержит рабочий резистор 1,6лок 2 нормирования и преобразования, программное устройство 3, тахометр 4,счетчик 5 числа оборотов, устройство 6 возведения в третью степень,блок 7 памяти, блок 8 сравнения и .индикатор 9. Рабочий резистор 1. последовательно соединен с блоком 2 нормированиями преобразования, первых вход которого соединен с вторым входом блока 7 памяти, а второй выход - с первым входом блока 7 памяти. Последователь iно соединены тахометр 4,счетчик 5, устройство б возведения в третью ст пень, программное устройство 3.Первый выход программного устройства подключен к индикатору 9,вход которого соединен с выходом блока 8 сра ,, нения, а второй выход - к первому входу блока 7 памяти. Устройство работает следующим об разом. , Ппи подаче питания на рабЬчий ре зистор 1 блок 2 нормирования и прео разования преобразовывает величину сЬпротивленияпроводящего слоя рабо чего резистора, изнашываемого под воздействием пыли, в напряжение,кот рое запоминается блсзком. 7 памяти. ; Одновременно программное устройство начинает интегрировать значение куба частоты вращения.коленвала,получаемого с тахометра 4, счетчика, 5 числа оборотов коленвала и устройст ва 6 возведения в третью степень. При достижении наперед заданного значения интегоала, программное устройство 3 выдает командной импульс на блок 7 памяти, который запоминает новое значениенапряжения на выходе блока 2. В дальнейшем возможны два режимаработы. 1.При низкой концентрации пыли на входе двигателя мГ/кГ),когда за промежуток времени между такт выми импульсами про.граммного устрой ства 3 сопротивление рабочего резис тора 1 не успевает измениться на ве личину, большую наперед заданного значения, блок .8 сравнения не включает индикатор 9 ifl аварийный сигнал не подается. 2.При высокой аварийной) концентрации пыли на входе двигателя (3 мГ/кГ) , когда за. промежуток времени между тактовыми импульсами программного устройства 3 сопротив.ление рабочего резистора i успевает измениться на величину, большую наперед заданного значения блока 8 сравнения, момент достижения этого значения блок в сравнения включает индикатор 9, который выдает сигнал Авария. При этом,в режиме низкого числа оборотов двигателя кинетическая эне гия частиц незначительна и незначительно их количество, попадаквдее на рабочую поверхность датчика, что не .влияет на чувствительность устройст ва.. Время между командными импульса ми сравнительно велико. При увеличении числа оборотов двигателя (при том же уровне входной запыленности) чувствительность устройства возрастает,а время между командными импульсами уменьшается,так как онс определяется времен.ем достижения наперед -заданного значения интеграла куба СКОРОСТИ вращения коленвала. Таким образом,предлагаемое, устройство позволяет существенно повысить точность измерения за счет устранения влияния на чувствительность устройства числа оборотов двигателя в тре- . тьей степени. Действительно продифференцировав выражения (1) по независимой переменной, приращение которой соответствует просуммированному во время фиксированному значению числа оборотов двигателя в третьей степени, .получаем Za 4.2, . , uZ rdz--rH.-jdt, Z-i ti .h,dt Тогда выражение (1) принимает вид: . .(4) .|.K / . (5) Из уравнения (5) видно, что в предлагаемом устройстве чувствительность датчика зависит только от кон-, центрации пыли на входе двигателя, .что существенно повышает точ ность измерения. Если в известном устройстве,настроенном, например, на срабатывание при достижении аварийного уровня запыленности jVrtCix и оборотах компрессора (коленвала) И-| , число оборотов увеличится в два раза, срабатывание индикатора будет происходить уже при значении 0,1253waX-3To .подтверждается экспериментальными исследованиями. Предлагаемый аварийный пылесигнализатор может быть использован в системе аварийной защиты теплового двигателя от абразивного износа пылью при нарушении фильтрации воздуха, поступающего на вход двигателя. .Внедрение предлагаемого устройства в.нарЬдное хозяйство даст по предварительным подсчетам экономический эффект не менее 30000 рублей в год на 1бО эксплуатируемых двигателей, вследствие уменьшения трудоемкости обсзлуживания двигателя,вызванного необходимостью замены рабочего резистора, из-за существенного изменения толщины проводящего слоя рабочего резистора-. Формула изобретения Аварийный пылесигналйзатор,содержащий рабочий резистор, последоват льно соединенный с блоком нормиро ания и преобразования, блок сравнения, выходы которого соединены с индикатором, счетчик, программное устройство и та;:ометр, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство дополнительно введены блок памяти и устройство возведения в третью степень, причем выход тахометра соединен с входом .счетчика, выход которого подключен ко входу устройства возЬедения в третью степень, при этом выход устройства возведения в третью степень . соединен с входом программного устройства, один из выходов которого подключен к индикатору, а другой - к первсаду входу блока памяти, ко второму входу которого подключен один из выходов блока нормирования и преобразования, другой выход которого соединен с первым входом блока сравнения, а второй вход блока сравнения соединен с выходом блока памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3715911,кл.73-28, 1973.

2.Патент США 3805691,кл,73-28, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР № 584232, кл. G 01 N 15/02, 1975.

4.Авторское свидетельство CCCpj № 655936, кл. G 01 N 15/00, 1976 (прототип).