Система для регистрации и обработки индикаторных диаграмм Советский патент 1982 года по МПК G01M15/00 

(5) СИСТЕМА для РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ

1

Изобретение относится к измерениям и регистрации параметров давлений в поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Известны систе1 ы для регистрации и обработки индикаторных диаграмме, s содержащие датчики давления в цилиндрах с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, датчик угловых меток с отметчиком оборота, блок управления, пороговый триггер, блок ю ручного управления, приемник, электронно-вычислительную машину, цифровой индикатор и блок вывода, причем выходы датчика угловых меток подключены соответственно.к первому и вто-- 5 рому входам блока управления, третий вход которого соединен через пороговый триггер с выходом одного из усилителей, четвертый вход блока управления соединен с блоком ручного управления, пятый вход подключен нерез Iприемник к электронно-вычислительной машине, первый выход блока управления подключен к первому входу цифрового индикатора и первому входу блока вывода, выход которого связан.с элек тронно-вычислительной машиной, а второй выход блока управления соединен с управляющими входами аналого-цифровых преобразователей .

Недостатком данной системы является невозможность предварительной регистрации больших массивов последовательных индикаторных диаграмм при испытаниях двигателя на нестационарных режимах, обусловленная необходимостью применения дорогостоящего оборудования, следовательно, невозможность обработки последовательных индикаторных диаграмм при таких испытаниях двигателя в реальном масштабе времени и оперативного получения промежуточных результатов в процессе испытания.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы. 3 . 95 Поставленная цель достигается тем, что в систему дополнительно введены генератор тактовых импульсов, распределитель тактов, задатчик алгоритмов обработки, формирователь команд обработки, коммутатор, вычислительный блок и схема формирования импульсов коррекции, причем третий выход блока управления соединен с первым входом вычислительного блока, четвертый выход подключен к корректирующим входам усилителей через схему формирования импульсов коррекции и к перво му входу формирователя команд обработ ки, второй вход которого соединен через задатчик алгоритмов обработки с выходом приемника, а третий вход с первым выходом вычислительного блока, при этом второй выход блока управле-ния соединен с первым входом распределителя тактов, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход распределителя тактов соединен с четвертым входом формирователя команд обработки и управляющим входом коммутатора, остальные входы которого подключены к выходам аналого-цифровых преобразователей, причем, выход коммутатора, соединен с вторыми входами блока вывода и вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу формирователя команд обработки, а четвертый вход - к первому выходу блока управления, при этом второй выход вычислительного блока соединен с вторым входом блока цифрового индикатора и третьим входом блока вывода. В системе блок управления может быть выполнен в виде формирователей сигналов угловых меток, оборота и начала цикла, формирователя команд управления, счетчика текущего угла, избирательного блока, делителя периода и элемента И, причем первый вход блока управления является входом формирователя сигналов угловых меток, вы ход которого соединен с входом делителя периода, а второй вход блока уп равления является входом формирователя сигналов оборота, выход которого соединен с первым входом формирователя сигналов начала цикла, второй вход которого является третьим входом блока управления, а выход формирователя сигналов начала циклаподключен через счетчик текущего угла ко входу избирательного блока и первому входу формирователя команд управления, при9чем выход счетчика текущего угла является третьим выходом блока -управления, выход делителя периода соединен с третьим входом формирователя сигналов начала цикла, вторым входом счетчика текущего угла и вторым входом формирователя команд управления, третий и четвертый вход которого являются соответственно четвертым и пятым входами .блока управления,, а первый выход формирователя команд управления подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу делителя периода, выход элемента И является вторым выходом блока управления,, первым и четвертым выхо-. дами которого являются соответственно второй выход формирователя команд управления и выход избирательного блока. . Вычислительный блок может содержать схему выбора экстремума, измеритель периода, цифровой дифференциатор, блок вычисления среднего индикаторного давления и блок регистров параметров, при этом третий вход вычислительного блока является первым управляющим входом блока регистров, и первым входом схемы выбора экстремума, Iцифрового дифференциатора, измерителя периода и блока вычисления среднего индикаторного давления, выходы которых, а также первый и второй входы вычислительного блока подсоединены к информационным входам блока регистров, при этом второй вход вычислительного -блока является вторым входом схемы выбора экстремума, цифрового дифференциатора и блока вычисления среднего индикаторного давления, третьим входом которых является выход блока регистров, причем четвертый вход блока вычисления среднего индикаторного давления является первым входом вычислительного блока, а выход цифрового дифференциатора соединен с четвертым входом схемы выбора экстремума , второй выход которой является первым выходом вычислительного блока, второй выход и четвертый вход которого являются соответственно выходом и вторым управляющим вхрдом блока регистров. На фиг. 1 представлена функциональная схема системы для регистрации и обработки индикаторных диаграмм; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг, 3 - функциональная схема вычислительного блока.

Система для регистрации и обработки индикаторных диаграмм (фиг. 1) содержит датчики давления в цилиндрах, каждый из которых через усилитель с коррекцией нулевой линии подключен к своему аналого- . цифровому преобразователю -Ъ, а также датчик k угловых меток с отметчиком оборота, выходы которого подключены соответственнок первому и второму входам блока 5 управления, третий вход которого соединен через пороговый тритг;ер 6 с выходом одного из усилителей , .кроме того, четвертый вход блока 5 управления соединен с блоком 7 ручного управления, а пятый вход подключен через приемник 8 к электронно-вычислительной машине 9, причем первый выход блока 5 управления подключен к первому .входу цифрового индикатора 10, и nepsoiP/-входу блока 11 вывода, выход которого соединен, с электронно-вычислительной машиной 9, а второй выхо блока 5 управления соединен с управляющими входами, аналого-цифровых преобразователейСистема содержит также генератор 12 тактовых импульсов, распределитель 13 тактов,, задатчик 1А алгоритмов 06работки, формирователь 15 команд обработки, коммутатор 16, вычислительный блок 17 и схему 18 формирователя импульсов коррекции, причем первый вход вы.числительного блока 17 соедине с третьим выходом блока 5 управления четвертый выход которого подключен к корректирующим входам усилителей через схему 18 формирования импульсов коррекции и к первому входу формирователя 15 команд обработки, второй вход которого соединен через задатчик 1 алгоритмов обработки с выходом приемника 8, а третий вход с первым выходом вычислительного блока 17, кроме того, второй выход блока 5 управления, соединен с первым входом распределителя 13 тактов, второй вход которого подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов, а выход распределителя 13 тактов соединен с четвертым входом формирователя 15 команд обработки и управляющим вхо дом коммутатора 16, остальные входы ;которого подключены к выходам аналого-цифровых преобразователей 3-i - 3, причем выход коммутатора 16 соединен со вторыми входами блока 11 вывода , и вычислительного блока 17, третий

вход которого подключен ,« -выходу формирователя 15 команд обработки, а четвертый вход - к первому выходу блока 5 управления, при этом второй выход

вычислительного блока 17 соединен с вторым входом цифрового индикатора 10 и третьим входом блока .11 вывода. Блок 5 уп1эавления (фиг. 2) содержит формирователь 19 сигналов угловых

меток, формирователь 20 сигналов оборота, формирователь 21 сигналов начала цикла Иформирователь 22 команд управления, а также счетчик 23 текущего угла, избирательный блок 2, делитель 25 периода и элемент И 26, при этом первый вход блока 5 управления является входом формирователя 19 сигналов угловых меток, выход которого соединен со входом делителя 25 периода, а второй вход блока 5 управления является входом формирователя 20 сигналов оборота, выход которого соединен с первым входом формирователя 21 сигналов начала цикла, второй вход которого является третьим входом блока 5 управления, а выход формирователя 21 сигналов начала цикла подключен через счетчик 23 текущего угла ко входу избирательного блока- 2k и первому входу формирователя 22 команд управления, причем выход счетчика 23 текущего угла явлАются третьим выходом о блока 5 управления, кроме того, выход делителя 25 периода соединен с третьим входом формирователя 21 сигналов начала цикла, вторым входом счетчика 23 текущего угла и вторым входом формирователя 22 команд управления, третий и четвертый вход которого являются соответственно четвертым и пятым входами блока 5 управления, а первый выход формирователя 22 команд управления подключен к первому входу элемента И 26, второй вход которого подсоединен к выходу делителя 25 периода, а выход элемента И 26 является вторым выходом блока 5 управления, первым и четвертым выходами которого являются соответственно второй выход формирователя 22 команд управления и выход избирательного блока . Вычислительный блок 17 (фиг. 3) со-держит схему 27 выбора экстремума, измеритель 28 периода, ц.ифровой дифференциатор 29, блок 30 вычисления среднего индикаторного давления и блок 31 регистров параметров, при этом третий вход вычислительного блока 17 является первым управляющим входом блока 31 регистров и первым входом схемы 27 выбора экстремума, цифрового дифференциатора 29, измерителя 28 периода и блока 30 вычисле ния среднего индикаторного давления, выходы которых,, а также первый и вто рой входы вычислительного блока 17 подсоединены к информационным входам блока 31 регистров, при этом второй вход вычислительного блока 17 являет ся вторым входом схемы 27 выбора экстремума, цифрового дифференциатора 29 и блока 30 вычисления среднего индикаторного давления, третьим входом которых является выход блока 31 регистров, причем четвертый вход бло ка 30 вычисления среднего индикаторн го давления является первым входом вычислительного блока 17, а выход цифрового дифференциатора 29 соединен с четвертым входом схемы 27 выбо ра экстремума, второй выход которой является.первым выходом вычислительного блока 17 второй выход и четзер тый- вход которого являются соответст венно выходом и вторы.м управляющим входом блока 31 регистров. Система работает следующим образом. При работе двигателя мгновенное значение давлени/ газов, в цилиндрах преобразуется датчиками Ц Ц давления в соответствующее электрическое напряжение, усиливается усилителями 2х( - 2, до необходимой величины и поступает на аналого-цифровые преобразователи 3-1 Зп- Одновременно с дат чика 4 угловых меток на 1-й и 2-й вх ды блока 5 управления поступают сигналы угловых меток, соответствующие равным изменениям угла поворота коленчатого вала, в определенном количе стве за оборот, X сигнал оборота. Кроме того, из вход блока 5 управле ния поступает сигнал разделения так тов работы цилиндров, соответствующий моменту появления давления в одном из цилиндров. Этот сигнал формир ется путем подачи сигнала давления с выхода выбранного усилителя 2 на пороговый триггер 6, причем порог срабатывания триггера выбирается таким, чтобы исключить действие помех с уровнем, меньшим амплитуды усиленного сигнала да-тчика 1. Сигнал угловых меток нормируется по длительности и амплитуде в соответствующем . формирователе 19 и поступает на вход делителя 25 периода, где происходит деление периода импульсов угловых меток. Выходной сигнал при этом соответствует равным изменениям угла поворота в количестве, определяемом коэффициентом деления. Сигнал, оборота нормируется по длительности и амплитуде в соответствующем формирователе 20 и поступает на вход формирователя 21 сигналов начала цикла, на (зторой вход которого поступает сигнал разделения тактов работы цилиндров. На третий вход формирователя 21 сигналов начала цикла поступает сигнал поделенных угловых меток /с выхода делителя 25 периода. Выходной сигнал- формирователя 21 сигналов начала цр.кла соответствует моменту,, принимаемому за начало цикла работы двигателя (например, момент верхней мертвой точки раб.очих ходов первого цилиндра). Кроме того, здесь производится установка данного сигнала с высокой точностью, опрзделяемой коэффициентом деления делителя 25 периода, и временное совмещение сигнала начала цикла с одной из поделенных угловых меток. Сигнал начала цикла поступает с выхода своего формирователя 21 на вход начальной установки счетчика 23 текущего угла, на Ч четный вход которого поступают сигналы поделенных угловых меток. Выработанный код текущего угла, поворота коленчатого вала поступает в блок 5 управления на формирователь 22 команд управления и на вход избирательного блока 2. В избирательном блоке 2k путем дешифрации кода текущего угла поворота коленчатого вала производится генерирование сигналов, соответствующих тактам работы цилиндров и моментам мертвых точек цилиндров. Эти сиг.налы поступают на выход блока 5 уп-равления и позволяют обеспечить, избирательную работу системы по цилиндрам. Формирователь 22 команд управления, получает сигналы поделенных угловых меток, код текущего угла, а также команды как непосредственно с блока 7 ручного управления, так и от электронно-вычислительной машины 9 через приемник 8. .На основе этих сигналов формируются сигналы команды управления в цифровом коде, поступающие по общему каналу на цифровой индикатор 10, блок 11 вывода и вычислительный блок 17. Каждый блок имеет свой адрес, благодаря чему каждый блок выполняет толь ко те команды, которые для него пред назначены. Кроме того, формирователь 22 команд управления вырабатывает сигнал включения процесса измерения, которы разрешает прохождение сигналов поделенных угловых меток через элемент У 26 на ВЫХОДблока 5 управления. Все эти сигналы позволяют организовать процесс вычисления, управлять процессом цифровой индикации, а также процессом регистрации как индикаторных диаграмм, так и массива вычис ленных параметров, т. е. позволяют осуществить первич.чую обработку инди каторных диаграмм в реальном-масштаб времени, визуапизацию данных и обработку индикаторнь х диаграмм с помощью ЭВМ. Схема формирования импу,ьсов коррекции вырабатывает корректирующие импульсы из сигналов мертвых точек в определенный момент времени цикла для каждбго цилиндра (например,.в мо мент нижней мертвой точки такта сжатия данного цилиндра). Оь|рдботанные импульсы поступают на кор-, актирующие входы усилителей 2/1-2 и позволяют производить периодическую автоматическую подстройку нулевой линии сигналов давления. Эта подстройка позволяет вычислять с высокой точностью параметры, определяемые абсолютным значением давления, такие клк максимальное давление Р, давлен-ие в конце сжатия РГ. и т , д/ Сигнал поделенных угловых меток, стробированный сигналом разрешения измерения производит запуск аналргоцифровых преобразователей , которые преобразуют аналоговые сигналы давления по всем цилиндрам в соответствующие цифровые коды. Поступающие на входы коммутатора 16. Кроме того, сигнал поделенных меток запускает по приходу каждой угловой метки распределитель 13 тактов, который формирует свою серию тактовых импуль сов для каждого цилиндра за период поступающих меток с учетом очередности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Частота тактовых импульсов определяется генератором 1 тактовйх импульсов, а их количество алгоритмом обработки. На формирователь 15 команд обработки подаются: а)сигналы мертвых точек и тактов работы цилиндров, поступающих с блока 5 управления; б)тактовые импульсы, поступающие с распределителя 13 тактов; в)сигналы моментов экстремальных значений информационных сигналов (например, момент максимального давления сгорания), поступающие с вычислительного блока- 17; г)сигналы алгоритмов обработки, поступающие с задатчика 14 алгоритмов обработки, который представляет собой память с количеством ячеек, равным максимальному количеству тактов обработки. Каждая ячейка содержит команду, причем последовательность расположения команд в памяти задатчика 1 алгоритмов обработки определяет алгоритм работы системы. Команды в эадатчик 14 алгоритмов обработки задаются цифровым кодом как с жестко закоммутированной логики, так и по программам электронно-вычислительной 1машини 9 с приемника 8. По поступив--, шим сигналам формирователь 15 команд обработки вырабатывает команды для вычисления всех параметров индикаторных диаграмм пи всем цилиндрам в реальном масштабе времени в вычислительном блоке 17. Производится, например, вычисление для каждого цилиндра среднего индикаторного давления Р;; , максимального давления Р2, максимальной скорости нарастания давления (ЗР/еЗ JY,дx.| угловых и временных интервалов, например, между моментом верхней мертвой точки рабочих ходов данного цилиндра и моментом Р и т. д. Кроме того, производится вычисление общих параметров, например, периода оборота. Вычисление параметров для каждого цилиндра происходит в рабочих тактах сжатие-расширение. Процесс вычисления происходит еле- дующим образом. После поступления команды на включение процесса измерения на формирователь 15 команд обработки начинают поступать серии тактовых импульсов цилиндров. Вычисление всех параметров по всем цилиндрам произвоится в каждом угловом отсчете при заданной блоком 5 управления дискретизации по углу поворота .коленчатого вала. Формирование команд обработки ля каждого цилиндра начинается только лишь с момента начала рабочих тактов (момент нижней мертвой точки такта сжатия), причем вычисление внутри одного углового отсчета производится последовательно по всем цилиндрам и определяется сигналами с распределителя 13 тактов. На вычислительный блок 17 постоянно поступает код текущего угла поворота коленчатого вала, используемый при вычислении угловых параметров и среднего индикаторного давления. При вычислении.параметров по определенному цилиндру.через -коммутатор 16 на вычислительный блок 17 проходит информация о текущем давле-. НИИ обрабатываемого цилиндра. Код дав; ения поступает на входы цифрового дифференциатора 29., схемы 27 выбо ра экстремума ,и блока 30 вычисления среднего индикаторно|;о давления. Код текущего угла поступает.в .блок 30 вычисления среднего индикаторного давления и блок 31 регистров параметров для вычисления угловых интервалов и среднего индикаторного дав-, ления. По командамобработки, посту пающим на управляющие входы устройст блока 17 в цифровом коде по единому каналу,производится обработка посту пающей информации. Блок 30 вычислени среднего, индикаторного давления прои водит вычисление среднего индикаторного давления .методом численного.интегрирования. Цифровой дифференциатор 29 вычисляет произво.цную давлени по углу поворота коленчатого вала. Схема 27 выбора экстремума производи выделение моментов экстремальных зна чений информационных сигналов - давления и производной давления, и выда ет эти сигналы ла- выход вычислительHoi o блока 17 для формирования команд обработки. Измеритель 28 период производит измерение различных временных интервалов по поступающим командам обработки. Для реализации алг ритма вычисленияпараметров на вход. схемы 27 выбора экстремума, цифрового дифференциатора 29 и блока 30 вычисления средне.го индикаторного давления вычислительного .блока 17 поступает как вновь поступившая информация о давлении с коммутатора 16 по определенному датчику по сигналу распределителя 13 тактов, так-и соот ветствующие резудьтаты вычисления по данному цилиндру за предыдущий угловой отсчет с блока 31 регистров. В каждом угловом отсчете производится обработка и промежуточные результаты ПОСТОЯННО заносятся в блок 31 регистров. Таким , в блок 31 регистров постоянно заносятся, текущие промежуточные результаты вычисления покаждому цилиндру,по каждому параметру, которые используются для реализации алгоритмов вычисления параметров в процессе вь1числения в .схеме 27, дифференциаторе 23, блоке 30 вычисли-тельного блока 17. Вычисленные значения параметров .за цикл работы .каждого цилиндра портупают в блок 31 регистр.ое параметров вычислительного блока, где хранятся значения всего, набора параметров по каждому цилиндру за цикл его работы, до поступления новых значений за следующий цикл работы.; За это время по, командам управления, поступающим навторой управляющий вход блока 31 регистров параметров, производится требуемый вывод вычиcJ eнныx параметров. Процесс вычисления повторяется в каждом цикле работы цилиндра. По поступлении команды на выключение процесса измерения вычисление производится flio конца по всем цилиндрам, и в вычислительном блоке 17 хранятся значения параметров по всем цилиндрам за последний цикл. Вычисленные значения параметров могут -высвечиваться на цифровом индикаторе 10 по командам с блока 5 управления. Кроме того, различные массивы вычисленных параметров, а также и индикаторные диаграммы с дискретностью по углу поворота, определяемой блоком 5 управления, могут заносится в электронно-вычислитеЛьную машину 9 для детальной вторичной обработки по сложным программам. Предлагаемую систему для регистрации и обработки индикаторных диаграмм целесообразно использовать для исследования рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, вчастности при его испытаниях на нестационарных .режимах, а также для контроля, и автоматизации управления режимом работы двигателя. Система позволяет оперативно произвести регистрацию и обработку большого массива данных единичных последовательных индикаторных диаграмм многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и получить необходимую информацию О правильности проведения испытаний путем визуализации данных. Кроме того, она позволяет вводить необходимую информацию о параметрах и(или) текущем давлении в ц .линдрах двигателя для последующей об работки в электронно-вычислительной машине по программам машины, выводит результаты обработки на любое устрой ство вывода (цифропечать, перфоратор дисплей и т.д.). Учитывая также возможность соединения электронно-вычислительной машины в единый вычисли тельный комплекс с более мощными эле тронно-вычислительными машинами, зад чи обработки можно ставить различной сложности. Формула изобретения 1. Система для регистрации и обработки индикаторных диаграмм, содержащая датчики давления в цилиндрах с уси/ ителями и аналого-цифровыми преобразователями, датчик угловых меток с отметчиком оборота, блок управления, пороговый триггер, блок ручного управления, приемник, электронно-вычислительную машину, цифровой индикатор и блок вывода, причем выходы датчика угловых меток подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, третий вход которого соединен через пороговый триггер с выходом одного из усилителей, четвертый вход блока управления соединен с блоком ручного управ- д

ления, пятый вход подключен через приемник к электронно-вычислительной машине, первый выход блока управления подключен к первому входу цифрового индикатора и первому входу блока вывода, выход которого связан с электронно-вычислительной машиной, а второй выход блока управления соединен с управляющими входами аналогоцифровых преобразователей, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нее дополнительно введены генератор тактовых импульсов, распределитель тактов, задатчик алгоритмов обработки, формирователь команд обработки, коммутатор, вычислительный блок и схема формирования импульсов коррекции, причем третий выход блока управления соединен с первым входом вычислительного блока, четвертый выход подключен к корректирующим входам усилителей через схему формирования импульсов коррекции и

теля сигналов угловых меток, выход которого соединен с входом делителя периода, а второй вход блока управления является входом формирователя сигналов оборота, выход которого соединен с первым выходом формирователя сигналов начала цикла, второй вход которого является третьим входом блока управления, а выход-формирователя сигналов начала цикла подключен через счетчик текущего угла к входу избирательного блока и первому входу формирователя команд управления, причем выход счетчика текущего угла является третьим выходом блока управления, выход делителя периода соединен с третьим входом формирователя сигналов начала цикла, вторым входом счетчика текущего угла и вторым входом формирователя команд управления, третий и четвертый входы которого являются соответственно четвертым и пятым входами блока управления, а первый выход формирователя команд управК первому входу формирователя команд обработки, второй вход которого соединен через задатчик алгоритмов обработки с выходом приемника, а третий вход - с первым выходом вычислительного блока, при этом второй выход блока управления соединен с перв.ым входом распределителя тактов, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход распределителя тактов соединен с четвертым входом формирователя команд обработки и управляющим входом коммутатора, остальные входы которого подключены к выходам аналого-цифровых преобразователей, причем выход коммутатора соединен с вторыми входами блока вывода и вычислительного блока, третий вход которого подключен к выходу формирователя команд обработки, а четвертый вход - к первому выходу блока управления, при этом второй выход вычислительного блока соединен с вторым входом блока цифрового индикатора и третьим входом блока вывода. 2. Система по п. 1, о т л .и ч аю щ а я с я тем, что блок управления йыполнен в виде формирователей сигналов угловых меток, оборота и начала цикла, формирователя команд управления, счетчикатекущего угла, избиразг тельного блока, делителя периода и элемента И, причем первый вход блока управления является входом формироваления подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу делителя периода, выход элемента И является вторым выхо-. дом блока управления, первым и четвертым выходами которого являются соответственно второй выход формирователя команд управления и выход избирательного блока,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Polzin Horzt, Piitter Reiner. G. MTZ, 1976, 27, №1-2, c. 15-18.

tlx fgf

fh