Устройство для измерения мощности двигателя

 

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков экстремумов, вычислитель, преобразователь временных интервалов и формирователь временных интервалов , два входа которого соединены с соответствующими выходами блока отметчиков экстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала, отличающееся тем, что, .с целью повышения точности за счет сокращения времени измерения, в него введены блок передачи данных, два переключателя, пиковый детектор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь управляющих сигналов и инвертор, выход которого соединен с одним входом одного переключателя, а вхс с выходом датчика частоты вращения вала и вторым входом одного переключателя , выход которого соединен с одним входом пикового детектора, выход последнего соединен с одними входами дифференциального усилителя , второго переключателя и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход последнего соединен с вторым входом второго переключателя , вьосод которого соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, пыход последнего соединен с одним входом блока переi дачи данных, второй и третий входы которого соединены соответственно СЛ с одним и вторым выходами преобразователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов и входом формирователя управляющих сигналов, один выход которого соединен с втоо сх рым входом пикового детектора, второй - с вторым входом аналого-цифро4 вого преобразова;теля, а третий - с 05 вторым входом элемента памяти, треть00 ими входами переключателей и четвертым входом блока передачи данных, выход которого соединен с вычислителем.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 4631 A

3(51) С 01

1 ГР ъ ),) Й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ H ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ у, 1 к() ТЬ-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗ ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3533341/18-10 (22) 06.01.83 (4б) 07.04.84. Бюл. № 13 (72) P.À.Èâàøåâ и Г.Ф.Морозов (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское .свидетельство СССР

¹ 769371, кл. G 01 L 3/24, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3421034/18-10, кл. С 01 L 3/24. 12.04.82. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков экстремумов, вычислитель, преобразователь временных интервалов и формирователь временных интерФ валов, два входа которого соединены с соответствующими выходами блока отметчиков экстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, .с целью повышения точности за счет сокращения времени измерения, в него введены блок передачи данных, два переключателя, пиковый детектор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь управляющих .сигналов и инвертор, выход которого соединен с одним входом одного переключателя, а вх с выходом датчика частоты вращения вала и вторым входом одного переключателя, выход которого соединен с одним входом пикового детектора, выход последнего соединен с одними входами дифференциального усилителя, второго переключателя и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход последнего соединен с вторым входом второго переключателя, выход которого соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего соединен с одним входом блока передачи данных, второй и третий входы которого соединены соответственно с одним и вторым выходами преобразователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов и входом формирователя управляющих сигналов, один выход которого соединен с вторым входом пикового детектора, второй — с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а третий — с вторым входом элемента памяти, третьими входами переключателей и четвертым входом блока передачи данных,,выход которого соединен с вычисли- . телем.

40

1 10S46

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к электронным приборам, предназначенным для измерения мощности пренмущест/ / венно двигателей внутреннего сгорания, 5 и может быть использовано как в качестве автономного прибора, так и устройства, встраиваемого в измерительную систему.

Известно устройство для измерения мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения, формирователь временных интервалов, преобразователь временных интервалов и вычислитель f 1 ). 15

Недостатком устройства является низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения мощности дви- 20 гателя, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков экстремумов, вычислитель, преобразователь временных интервалов и формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с соответствующими выходами блока отметчиков экстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала f2).

Однако известное устройство также обладает недостаточной точностью из-sa нелинейности преобразования, обусловленной тем, что минймальный интервал, на котором производится измерение, превышает время одного оборота вала.

Цель изобретения — повышение точности за счет сокращения времени измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения мощности двигателя, содержащее датчик частоты вращения вала, блок отметчиков экстремумов, вычислитель, преоб- 45 разователь временных интервалов и формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с соответствующими выходами блоха отметчиков экстремумов, вход которого соединен с выходом датчика частоты вра щения вала, введены блок передачи данных, два переключателя, пиковый ,детектор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой Ы5 преобразователь, формирователь управляющих сигналов и инвертор, выход которого соединен с одним входом одного переключателя, а вход — с выходом . датчика частоты вращения вала и вторым входом одного переключателя, выход которого соединен с одним входом пикового детектора, выход последнего соединен с одними входами дифференциального усилителя, второго переключателя и элемента памяти, выход которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход последнего соединен с вторым входом второго переключателя, выход которого соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя, выход последнего соединен с одним входом блока передачи данных, второй и третий входы которого соединены соответственно с одним и вторым выходами преобразователя временных интервалов, вход которого соединен с выходом формирователя временных интервалов и входом формирователя управляющих сигналон, один выход которого соединен с вторым входом пикового детектора, второй — с вторым входом аналого-цифрового преобразоФ вателя, а третий — с вторым входом элемента памяти, третьими входами переключателей и четвертым входом блока передачи данных, выход которого соединен с вычислителем, На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — то же, блока обработки данных; на фиг. 3 сигнал на выходе датчика частоты вращения вала.

Устройство для измерения мощности двигателя содержит индукционный датчик 1 частоты вращения вала, блок 2 отметчиков экстремумов, формирователь 3 и преобразователь 4 временных интервалов, блок 5 передачи данных, вычислитель 6 и блок 7 обработки данных.

Выход датчика 1 частоты вращения вала связан с информационным входом блока 7 обработки данных, а также через блок 2 отметчиков экстремумовс первым и вторым входами формирователя 3 временных интервалов, выход которого связан с входом преобразователя 4 временных интервалов и управляющим входом блока 7 обработки данных.

Преобразователь 4 временных интервалов и блок 7 обработки данных имеют информационные и управляющие выходы, которые соединены с соответ-, 3 1084 ствующими входами блока 5 передачи да»ных, выход которого подключен к вычислителю 6, выполненному в виде процессора.

Блок 7 обработки данных (фиг. 2) содержит инвертор 8, первый переключатель 9, пиковый детектор 10, элемент 11 памяти, дифференциальный усилитель 12, второй переключатель 13, аналого-цифровой преобразователь 14 и формирователь 15 управляющих сигналов.

Информационным входом 16 блока

7 обработки данных является соединен" ные одий вход первого переключателя 15

9 и вход инвертора 8, выход которого соединен с вторым входом первого переключателя 9, выход последнего соединен с одним входом пикового де. тектора 10, выход которого соединен 20 с одними входами дифференциального усилителя 12, второго переключателя 13 и элемента 11 памяти, выход последнего соединен с вторым входом дифференциального усилителя 12, выход которого соединен с вторым входом второго переключателя 13, выход последнего соединен с одним входом аналого-цифрового преобразователя

14, выход которого является информа- 30 ционным выходом 17 блока 7 обработки данных.

Управляющим входом 18 блока 7 обработки данных является вход формирователя 15 управляющих сигналов, один выход которого соединен с вторым входом пикового детектора 10, второй — с вторым входом аналогоцифрового преобразователя 14, а третий — с вторым входом элемента 40

11 памяти, третьими входами переключателей 9 и 13 и является управляющим выходом 19 блока 7 обработки данных.

Формирователь Э временных интер- 4 валов представляет собой логическое устройство с двумя устойчивыми сосI тояниями и двумя информационными входами. Преобразователь 4 временных интервалов, построен на базе генератора импульсов образцовой частоты, счетчика импульсов и распределителя сигналов. По фронту и срезу входного импульса распределитель сигналов вырабатывает синхронизированные со срезом импульса генератора команды, по которым содержимое счетчика пере. пнсывается в выходной регистр пре631 4 образователя. Цри этом после выпол.нения команды переписи, формируемой после появления фронта входного импульса, счетчик импульсов сбрасывается в исходное нулевое состояние.

В результате в выходном регистре попеременно фиксируются коды чисел, пропорциональных периоду, следования и длительности входных импульсов.

На управляющем выходе преобразователя формируется импульс, фронт и срез которого сигналиэируют об окончании преобразования соответственно периода следования и длительности выходного импульса.

Блок 5 передачи данных обеспечивает прием и передачу в процессор 6 результата преобразований преобразователя 4 и блока 7 в ранге интерфейса процессора 6.

Устройство для измерения мощности двигателя работает следующим образом.

При вращении вала двигателя угловая метка (отверстие на маховике), установленная на маховике, длитель- ность которой равна фиксированному углу с(,, проходит мимо индукционного датчика, изменяет его магнитный поток и генерирует в нем двухполярный сигнал. Абсолютное значение амплитуды О, этого сигнала линейно зависит от угловой скорости вращения вала (и

UN- =K ul (1) где K> — коэффициент преобразования датчика.

Сигнал с выхода датчика 1 частоты вращения вала поступает на входы блока 2 отметчиков экстремумов и блока

7 обработки данных. В момент прохождения мимо датчика 1 начала угловой метки импульс положительной полярности достигает своего амплитудного значения. Блок 2 отметчиков экстремумов формирует в этот момент на соответствующем выходе короткий импульс, поступакнций на первый вход формирователя 3 временных интервалов. Последний срабатывает и формирует на своем выходе единичный сигнал.

В момент прохождения мимо датчика 1 частоты вращения вала конца угловой метки своего амплитудного значения импульс достигает отрицательной полярности. В этот момент блок 2 отметчиков экстремумов формирует на другом своем выходе короткий импульс, поступающий на второй вход формироS 1084631 вателя 3 временных интервалов. При этом происходит обратное срабатывание формирователя 3 временных интервалов и на его выходе устанавливается нулевой уровень сигнала. При повороте 5 вала на полный оборот описанный процесс повторяется. В результате о на выходе формирователя 3 временных с интервалов при вращении вала образу- у ется последовательность импульсов д длительностью ьо, равной времени с прохождения мимо датчика 1 частоты с

1вращения вала угловой метки, соответ,, ствующей фиксированному углу с : поворота вала. Период Т следования

15 ц этих импульсов равен времени одного к оборота вала. Импульсы с выхода т формирователя 3 временных интервалов поступают на информационный вход в преобразователя 4 временных интерва лов и на управляющий вход блока 7

П обработки данных. По фронту и срезу с импульса формирователя 3 временных интервалов на информационном выходе, преобразователя 4 временных интерваР лов образуются коды чисел М1 и о

Й,пропорциональные соответственно о к текущим значениям периода Т и длит тельности импульса То, т.е. н

3 где K2 — коэффициент преобразования блока 7 обработки данных;

K> — коэффициент усиления разности а0 в блоке 7 обработки данных.

На управляющем выходе блока 7 бработки данных формируются импульы, поступающие на соответствующий правляющий вход блока 5 передачи анных. Последний фиксирует коды чиел IV и h N, передает их в процесор 6.

Таким образом, за один оборот ваа в процессор 6 поступает информаия о длительности о угловой отмети, периоде Т вращения вала, амплиуде Uп, импульса положительной поП1 - ярности сигнала датчика 1 частоты ращения вала и приращений Ь0 амплиуды на интервале в . При этом осле прохождения очередной метки в оответствующих ячейках памяти роцессора 6 хранятся текущие значеия результатов преобразований преобразователя 4 временных интервалов блока 7 обработки данных, а также од числа N предыдущего результа"0 а преобразования периода Тр вращеия вала.

Перед началом измерений оператор вводит в процессор 6 значение уставки То,определяющей значение и, угловой скорости вращения вала начала участка измерения мощности. Затем двигатель выводится на режим с постоянной угловой скоростью вращения вала со (Мн . Процессор 6 фиксирует равенство результатов преобразований периода Т вращения вала, вычисляет и фиксирует в соответствую. щей ячейке памяти значение постоянной К

{22 где14ь, и 8y — коды чисел, пропорциональных соответ<,твенно значеHHHM ьпп H Тo> ВрН постоянной cKQрости вращения вала. Прн этом процессор 6 автоматически переходит к подпрограмме сравнения текущих значений периода T с уставкой Т „ и выдает оператору соответствующйй сигнал.

Резкой подачей топлива двигатель переводится в режим разгона с ускоре" кием. Значения периода Тц вращения вала уменьшаются и при То 4 Т где К вЂ” коэффициент преобразования

1 преобразователя 4 временных интервалов. 35

На управляющем выходе преобразо вателя 4 временных интервалов вырабатывается импульс, поступающий на управляющий вход блока 5 передачи данных. Последний фиксирует коды чи- 40 сел Й1. н Й и передает их в проо о цессор 6. Блок 7 обработки данных по фронту и срезу импульса формирователя временных интервалов фиксирует и осуществляет преобразование в код 4S соответственно амплитудное значение

U1„ импульса положительной полярнос 1 ти датчика 1 частоты вращения вала и значение д0 разности амплитуд им-. пульсов отрицательной и положительной полярности этого датчика. К моментам окончания преобразований,на .информационном выходе блока 7 обработки данных образуются коды чисел и и ДМ, пропорциональных соответственно значениям U u hU т.е.

Ф1

f й„=к и, ли=к к дО, (3.)

2 m.

К =Й„ / Я, (+()

ОП вй

1084631 процессор 6 автоматически переходит к подпрограмме вычисления мощности по результагам очередной серии преобразований величин о„, О,„и ДО . Т1 -

Мощность двигателя определяется из выражения r

Оп й,=с

TOÏ

К

Км

"OP (5 )

+2N К 10 где, Ti

125 пР

При этом величины И „- М т

"оп on

М, дй и й„ являются переменными

OP для процессора 6, а величины С К

Э Д и К вЂ” постоянны для данной марки двигателя и вводятся в процессор 6 перед началом измерений.

Блок 7 обработки данных работает следующим образом.

I >

На вход инвертора 8 и на второй вход первого переключателя 9 посту-пает сигнал с.выхода датчика 1 частоты вращения вала, а на вход формирователя 15 управляющих сигналов— сигнал с выхода формирователя време ньм интервалов 3. К моменту появле" ния импульса на входе формирователя

15 управляющих сигналов сигнал дат- 30 чика 1 частоты вращения вала поступает непосредственно через первый переключатель 9 на вход пикового детектора 10. Сигнал с выхода последнего поступает через элемент 11 памяти, установленный в режим выборки входного сигнала, на один вход дифференциального усилителя 12 и непосредственно,на второй вход этого усилителя, а также через вто- 40 рой переключатель 13 - на вход аналого-цифрового преобразователя 14.

В момент достижения импульсом положительной полярности датчика 1 частоты вращения вала своего макси45 мального значения U это значение п11 фиксируется на выходе пикового де ректора 10, на входе элемента 11 и аналого-цифрового преобразователя 14. По фронту импульса формирователя 3 временных интервалов формирователь.

15 управляющих сигналов срабатывает и формирует на своем втором выходе скгнал запуска аналого-цифрового преобразователя 1.4. Через интервал времени, определяемый временем преобразования на выходе аналого-цифрового преобразователя 14, образуется — коэффициент усиления усилителя 12.

По срезу испульса формирователя 3 временных интервалов формирователь

1 управляющих сигналов через интер15

1вал времени, необходимый для установления сигнала на выходе усилителя

12, формирует на своем втором выходе сигнал запуска аналого-цифрового преобразователя 14. Через интервал времени, определяемый временем преоб. разования аналого-цифрового преобразователя 14, на информационном выходе 17 блока 7 обработки данных образуется код числа дЬ1, пропорциональный напряжению d U, а на втором вьмоде формирователя 15 управляющих сигналов и, следовательно., на управляюгде К„ код числа N<, пропорциональный нап ряжению О,„., а формирователь 15 уп1 равляющих импульсов формирует на своем третьем выходе единичный сигнал, поступающий на управляющий выход 19 блока 7 обработки данных. Таким образом, результат .преобразования напряжения Urn идентифицирует-ся единичным значением сигнала на управляющем выходе блока 7 обработки данных.

Одновременно по единичному значению сигнала на третьем выходеформирователя 15 управляющих сигналов переключатели 9 и 13 переключаются, а элемент 11 памяти устанавливается в режим хранения значения входного сигнала, равного U . В результате .1 на вход пикового детектора 10 поступает инвертированный инвертором 8 сигнал датчика 1 частоты вращения вала, а на вход аналого-цифрового преобразователя 14 — сигнал с выхода дифференциального усилителя 12.

В момент достижения импульсом отрицательной полярности датчика 1 частоты вращения вала своего максимального значения Utn ) 0щ это значение

1 фиксируется на вьмоде пикового детектора 10 и, следовательно, на втором входе усилителя 1?, напряжение на другом входе которсго равно Ощ . На

1 выходе рифференциальнЬго усилителя

12 и, следовательно, на входе аналого-цифрового преобразователя 14 формируется постоянное напряжение, пропорциональное разности

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения мощности двигателя за счет сокращения интервала измерения до интер10 вала между моментами появления экстремумов сигнала от индукционного датчика частоты вращения.

9 1084б31 10 щем выходе 19 блока 7 обработки дан- Описанный процесс повторяется с ных — нулевое значение сигнала, иден- поступлением следующего импульса на тифицирующее результат преобразова- вход формирователя 15 управля ощих ния Ю0 . Одновременно на первом вы" сигналов. ходе формирователя 15 управляющих сигналов формируется короткий импульс, поступающий на управляющий вход пикового детектора 10. В результате переключатели 9 и 13 устанавливаются в исходное состояние, элемент 11 памяти — в режим выборки входного сигнала, а пиковый детектор 10 обнуляется.

1084631

Составитель А.Амаханов

Редактор А.Курах Техред M.Кузьма Корректор О.Билак

«ЮЮ

Заказ 1986/36 Тираж 823 Подписное.

BHHHGH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб, д. 4/5

Филиал ППП ."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4