Способ определения первичных параметров режима работы машины циклического действия и устройство для его осуществления

 

Использование: определение первичных параметров режима работы машин циклического действия при диагностических испытаниях Сущность изобретения: по одному из регистрируемых выходных сигналов датчиков первичных параметров измеряют период автоколебаний, а величину первичных параметров определяют интегрированием их текущих значений в течение времени, кратного периоду автоколебаний. Устройство для реализации способа содержит датчики 1-4 первичных параметров, блок 5 ключей, интеграторы 6-9, пиковые детекторы 10, 11, блок 12 вычисления средней величины, блок 13 вычисления среднеквадратичного отклонения, блок 14 вычисления относительной величины отклонения, компараторы 15, 16, блок 17 выделения переменной составляющей, 1 Д- триггер 18 и вычислительный блок 19. 2 с п. ф-лы, 2 ил.

союз rоветских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) G 01 1 3/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4824116/10 (22) 14.05.90 (46) 07.09.92. Бюл. N. 33 (71) Центральный научно-испытательный полигон-филиал "В Н ИИстройдормаш" (72) А. А. Волынкин, Н, Н. Улыбин и Ю. С, Лушников (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1229614, кл. G 01 1 3/26, 1984.

2, Патент CLUA

¹ 4584654, кл. G 01 3/26,1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ

ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РАБОТЫ МАШИНЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) Использование: определение первичных параметров режима работы машин цикИзобретение относится к области определения первичных параметров машины циклического действия и может быть использовано при испытаниях на стендах или в процессе эксплуатации в различных областях промышленности, Известен способ определения КПД насоса (а.с. СССР N 1101585А, G 01 1 3/26), по которому путем прокачки рабочего тела через насос, измерения давления и температуры. на входе и выходе из насоса часть рабочего тела после выхода из насоса дросселируют по давлению на входе, а температуру на выходе из насоса определяют в дросселированном потоке и по измеренным параметрам вычисляют КПД.

Данный способ не обеспечивает требуемой точности определения КПД. так как не компенсирует погрешность. вызванную ав. Ы 1760399 A l лического действия при диагностических испытаниях. Сущность изобретения: по одному из регистрируемblx выходных сигналов датчиков первичных параметров измеряют период а втоколебаний, а величину первичных параметров определяют интегрированием их текущих значений в течение времени, кратного периоду автоколебаний. Устройство для реализации способа содержит датчики 1-4 первичных параметров, блок 5 ключей, интеграторы 6-9, пиковые детекторы 10, 11, блок 12 вычисления средней величины, блок 13 вычисления среднеквадратичного отклонения, блок 14 вычисления относительной величины отклонения, компараторы 15, 16, блок 17 выделения переменной составляющей, 1 Дтриггер 18 и вычислительный блок 19. 2 с. и. ф-лы, 2 ил. токолебательными процессами во время работы оборудования под нагрузкой.

Известен также способ определения КПД редуктора (1), заключающийся в измерении крутящего момента на приводе редуктора и 0 его нагружателе, где в качестве привода и С1 нагружателя используют гидросистему. Причем сначала измеряют крутящие моменты на приводе и нагружателе по величине давления в напорных линиях гидросистемы при работе образцового редуктора, после чего измеряют также параметры при работе испытуемого ре в дуктора, а КПД определяют по математиче- а ской зависимости.

Однако данный способ требует образцового оборудования, механической замены оборудования и также не учитывает влияние автоколебаний гидросистемы на точность измерения параметров.

1760399

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению являются способ и система контроля эффективности трубопроводной системы (2).

Система для транспортировки текучего материала содержит распределительную магистраль и ряд насосных станций, которые расположены вдоль магистрали на расстоянии друг от друга и обеспечивают движение материала. На каждой станции имеется несколько насосов, подключенных к магистрали, и соответствующее число двигателей, выходные валы которых соединены насосами и управляют их работой, При контроле рабочего состояния системы на каждой одновременно определяют входные параметры, к которым относятся скорости вращения двигателей, их выходные моменты и величины мощностей, потребляемых двигателей. По указанным параметрам вычисляют выходную мощность каждого двигателя и КПД, определяемый через величины входной и выходной мощностей.

Полученные коэффициенты сравнивают между собой, выбирая двигатель, работающий с максимальной эффективностью, Результат отображается на индикаторе.

Однако этот способ и система не обеспечивают высокой точности определения

КПД из-за отсутствия автоматической компенсации погрешности определения КПД. вызванной возникающими в магистрали транспортировки текучего материала автоколебаниями, и отсутствия автоматического разделени.-: переходного и установившегося ре>кимов при измерении параметров.

Наиболее близким по технической сущности и дости-аемому эффекту устройством для реализации предлагаемого способа является устройство для регистрации режимов работы двигателя (а.с. СССР М 1420396, кл, G 01

L 3/24), содержащее генератор, датчик хода рейки топливного насоса высокого@авления, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, блок управления и матричный блок счетчиков. Для повышения точности регистрации путем дифференциации установившегося в неустановившегося режимов работы устройство дополнительно снабжено четырьмя пиковыми детекторами, двумя блоками вычисления средней величины, двумя блоками вычисления среднеквадратического отклонения, двумя блоками вычисления относительной величины отклонения, двумя блоками ключей, счетчиком времени работы на неустановившемся режиме, элементами

2 ИЛИ, 2И, 3И и двумя элемента Н Е. В данном устройстве при измерении параметров исключается режим работы двигателя в неустановившемся режиме.

Данное устройство также не обеспечивает достаточной точности регистрации измеряемых параметров, так как не устраняет погрешность определения КПД машин, ра5 ботающих в автоколебательном режиме, в установившемся состоянии.

Целью изобретения является повышение точности определения первичных параметров машины циклического действия, 10 работающей в автоколебательном режиме под нагрузкой, за счет повышения точности измерения выходных сигналов.

Цель достигается тем, что, регистрируя выходные сигналы соответствующих датчи15 ков, по которым определяют величины первичных параметров, дополнительно по одному из регистрируемых выходных сигналов измеряют период автоколебаний, а величину первичных параметров определяют

20 интегрированием из текущих значений в течение времени, кратного периоду автокалебаний.

Интегрирование значений измеряемых сигналов и определение по этим значениям

25 первичных параметров машины циклического действия широко известны. Практически при любом измерении проводится интегрирование регистрируемого сигнала в течение времени измерения сигнала. Одна30 ко автоматическое определение периода атоколебаний в системе определения первичных параметров машины циклического действия и одновременное интегрирование всех измеряемых параметров за время, 35 кратное периоду автоколебаний, неизвестны, Регистрирование выходных сигналов в соответствии с указан нымл выше отличительными признаками позволяет повысить точ40 ность определенля первичных параметров машины циклического действия. Положительный эффект при этом обеспечивается следующим образом.

Конструкция машины циклического

45 действия, наличие различий в обьемах внутренних цилиндров и конечная жес; кость соединительных рукавов, по которым транспортируется рабочее тело. вызывают колебания в системе определения первич50 ных параметров машины циклического действия. Поскольку причины возникновения колебаний не определяются режимами работы машин, а колебания присутствуют в любых режимах работы, то колебания в ус55 тановившимся режиме работы являются автоколебательными.

Автоколебаниям подвержены все выходные сигналы, необходимые для определения первичных параметров, причем они могу иметь различную::. амплитуду, но их

1760399

Выражение (2) при этом принимает вид т, т„

J 1„„Й(к„,d<

0 о тл т„, JM„ Й J N„,dt о О

С учетом того, что в установившемся режиме, а первичные параметры определя15 ют только в установившемся режиме, все выходные сигналы постоянны. выражение (3) приводится к виду т, т„

Нас ас Рнас рас

»нас нас l d).(d$ с нас "Mac

0 о

Погрешность, вызванная автоколебани25 ями гидропривода при этом Лп = n1- nz = О, что и обеспечивает положительный эффект, } ас+ Ч ac } где -> Рнас A $!и (01), Л N ра з(п (ф) Д (1нас з(п (РЗ) Л К нас э(п (4) — погрешности измеряемых .сигналов, вызванные сдвигом фаз автоколебаний гидропривода (e

В соответствии с заявляемым способом определяется период автоколебаний Т одного измеряемого сигнала и все измеряемые сигналы интегрируются в течение времени Т, где n — любое целое число. Вы- 40 ражение (1) при этом будет =v. то т„т„ 45 ((Р d«Jap„518(u«qЩ(("ро,d«J«pa<51 (u<асс11осс

1н Со Tr тн (("ц Д.(ю,5ill(1 q id )(J н„а. Jill. к(М о о а

Поскольку интервал интегрирования в соответствии с заявляемым способом задает- 50 ся кратным нескольким периодам автоколебаний выходных сигналов в установившемся режиме Та = (2 и л)/ е, то погрешность измерения сигналов уменьшается, так как периоды в определенном установившемся режиме одинаковы, а характер гармонический, Однако вследствие инерционности элементов гидропривода и временных задержек в соединительных рукавах фазы колебаний llo измеряемым сигналам различны. Мгновенное измерение выходных сигналов без учета сдвига фаз автоколебаний ведет к погрешности определения средних значений сигналов и, следовательно, к погрешности регистрации первичных параметров машины циклического действия.

В частном случае КПД гидронасоса можно определить следующим образом:

Рнас ((рас

Мнас ((нас где йнас — обороты на валу гидронасоса;

Мнас — момент сил на валу гидронасоса;

Рна — давление на выходе гидронасоса;

Npac — обороты расходомера;

Vp — рабочий обьем расходомера (сопмапт).

Погрешность, вызванная автоколебаниями выходных сигналов flpYi их мгновенном измерении, равна рнас N ac

ЛП» П1- n2» Vp р

Мнас нас то тн нос J"" (оа Ч М" ро (5((р1а р я1,Q, т М ( о нас(Н(сд1 4>ld1pi>H„„J5IN(utiy (dg p о выражающийся в повышении точности определения первичных параметров машины циклического действия.

Таким образом. отмеченные выше отличительные признаки являются существеннымии.

Цель устройства как реализации способа достигается тем, что в устройство, содержащее датчики первичных параметров, блок ключей, блок вычисления средней величины, блок вычисления среднеквадратичною отклонения, блок вычисления относительной величины отклонения, два компаратора и два пиковых детектора, первь1е входы которых подключены к одному из датчиков первичных параметров, вторые входы соединены между собой, а выходы подключены к соответствующим входам блока вычисления средней величины, выход которого подключен к первому входу блока вычисления среднеквадратичного отклонения и к первому входу блока относительной величины отклонения, выход которого подключен к входу первого компаратора, а второй вход— к выходу блока вычисления среднеквадратичного отклонения, второй вход которого подключен к выходу одного из пиковых детекторов, дополнительно включены блок выделения переменной составляющей, 1760399

10

D-триггер и интеграторы по числу измеряемых параметров, датчики которых через соответствующие ключи блока ключей подключены к информационным входам соответствующих интеграторов, установочные входы которых подключены к установочному входу D-триггера, выход которого подключен к управляющему входу блока ключей и к D-входу D-триггера, счетный вход которого подключен к выходу второго компаратора и к вторым входам пиковых детекторов, первые входы которых через блок выделения переменной составляющей подключены к входу второго компаратора, Применение интеграторов с установочными входами широко известно (а.с. N

1444709, кл. G 05 В 11/30 и др). Неизвестным является использование интеграторов для одновременного интегрирования регистрируемых сигналов в течение автоматически определяемого времени. Неизвестны .связи интеграторов с другими объектами заявляемого устройства, а также связи и взаимосвязи других обьектов, Широко известно применение D-триггера в счетном режиме, но его связи с другими обьектами заявляемого устройства неизвестны, Таким образом, указанные отличительные признаки заявляемого устройства являются существенными и обеспечивают повышение точности определения первичных параметров машины циклического действия за счет реализации нового, неизвестного ранее, способа.

На фиг. 1 представлен пример устройства для реализации заявляемого способа; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Устройство содержит датчики 1-4 входных-выходных параметров, блок 5 ключей, интеграторы 6-9, два пиковых детектора 10 и 11, блок 12 вычисления средней величины, блок 13 вычисления среднеквадратичного отклонения, блок 14 вычисления относительной величины отклонения, два компаратора 15 и 16, блок 17 выделения переменной составляющей, D-триггер 18 и вычислительный блок 19, Устройство работает следующим образом.

На выходах датчиков 1, 2, 3, 4 формируются сигналы, пропорциональные значениям измеряемым входных-выходных параметров. Эти сигналы поступают нэ соответствующие входы блока 5 ключей, контакты которого нормально разомкнуты, Сигнал S> с выхода одного из датчиков (например, 1) поступает на входы пиковых де20

55 текторов 10, 11 и на вход блока 17 выделения переменной составляющей.

Поскольку при определении первичных параметров машины циклического действия всегда присутствуют автоколебания регистрируемых выходных сигналов, на выходе блока 17 выделения переменной составляющей всегда присутствует гармонический сигнал Я (фиг. 2) ЛП sin (вт), где ЛП - амплитуда колебания измеряемого сигнала. Сигнал Я поступает на вход компаратора 16. порог срабатывания которого установлен равным нулевому потенциалу, Такое выключение компаратора позволяет формировать на его выходе сигнал Яз в виде прямоугольных импульсов с периодом — Т = 2л /W.

Сигнал Бз поступает на управляющие входы пиковых детекторов 10 и 11, которые срабатывают по переднему фронту управляющего импульса и запоминают соответственно максимальное и минимальное значения входного сигнала за время, равное периоду колебаний гидроприводэ, Сигналы с выхода пиковых детекторов

10 и 11 поступают на блок 12 вычисления средней величины, который вычисляет среднее значение сигнала с датчика 1 за период колебаний, На один вход блока 13 вычисления среднеквадратичного отклонения поступает сигнал с выхода блока 12, а на другой — с выхода пикового детектора 10, Сигнал с выхода блока 13 вычисления среднеквадратичного отклонения, пропорциональный среднеквадратическому отклонению одного из определяемых параметров, поступает на один из входов блока 14 вычисления относительной величины отклонения. на второй вход которого поступает сигнал от блока 12 вычисления средней величины. В результате нэ выходе блока 14 вычисления относительной величины отклонения формируется сигнал, равный отношению среднеквадратического отклонения измеряемого сигнала к его средней величине, Этот сигнал поступает на вход компараторэ 15, который срабатывает при снижении сигнала до величины заданного значения, определяемого требуемой точностью фиксации установившегося режима работы гидропривода. Таким образом, наличие сигнала на выходе компараторэ 15 соответствует установившемуся состоянию гидропривода, Импульсы периодом Т с выхода компаратора 16 поступают на счетный вход Dтриггера 18, который за счет установки его в счетный режим формирует на своем выходе импульсы периодом 2Т и скважностью, равной единице. При атом длительность положительного потенциала сигнала S4 на вы1760399

10 ложительного потенциала сигнала 54 на выходе триггера 18 равна T. Положительным потенциалом этого сигнала замыкаются ключи блока 5 ключей и происходит интегрирование сигналов с датчлков 1, 2, 3, 4 5 интеграторами 6, 7, 8, 9 (см, фиг. 2 Sg), Интегрирование длится время Т, так как только на это время замыкаются ключи блока 5, В результате интегрирования на емкостях интеграторов 6, 7, 8, 9 накапливается потен- 10 циал, соответствующий интегральным значениям определяемых параметров:

Z =,/„П гает+ f ЛП sin (o) t+p ) dt, 15 где П вЂ” определяемые параметры; — число определяемых параметров.

Задним фронтом сигнала с инверсного выхода D-триггера 18, который поступает 20 также на первый управляющий вход вь числительного блока, размыкаются ключи блока 5 и одновременно вызывается подпрограмма обработки прерывания в вычислительном блоке 19. Эта подпрограмма 25 через АЦП вычислительного блока 19 вводит в свою память интегральные значения регистрируемых сигналов и после ввода формирует на управляющем выходе вычисллтельнаго блока 19 сигнал Sc на ус- 30 тановку в исходное нулевое состояние интеграторов 6, 7, 8, 9 и D-тригера 18.

В вычислительном блоке 19 по второму управляющему входу аналлзируется сигнал компаратора 15, указывающий на устано- 35 вившееся состояние гидропривада, при отсутствии которого интегральные значения определяемых параметров, хранящиеся в памяти вычислительного блока 19, игнорируются, а процесс интегрирования повторя- 40 ется. Наличие сигнала с компаратора 15 соответствует установившемуся состоянию гидропривода, и в вычислительном блоке 19 проводятся вычисления первичных параметров машины циклического действия по 45 интегральным значениям регистрируемых выходных сигналов.

Интегрирование измеряемых за период колебания сигналов уменьшает погрешность их определения Л вызванную автоколебани- 50 ями гидропривода, так как при Т =- 2 л/w т

Л = Л П ) sin (о) t + pi ) dt = 0 .

При onределении первичных парамет- 55 ров машин циклического действия возможно использование интегральных значений регистрируемых сигналов, так как при равенстве времени интегрирования и постоянстве измеряемь х сигналов в установившемся режиме а1ношение равных по числу интегральных значений регистрируемых сигналов равно отношению самих сигналов, т.е. п,fdic п, и „,п„ д о о о 1П ° «Пк

С

Условие к ==j выполняется практически всегда, поскольку величина ))г является безразмерной.

На значение выражения (4), вычисляемого в блоке 19, не влияет погрешность измерения регистрируемых сигналов, вызванная автоколебаниями гидропривода при определении первичных параметров машины циклического действия, что и обеспечивает положительный эффект заявляемого устройства для реализации способа— повышение точности определения первичных параметров машины циклического действия.

Устройство может быть выполнено на современной элементной базе. В качестве датчиков 1, 2, 3, 4 измеряемых сигналов могут использоваться серийно выпускаемые датчики тлпа "САПФИР", МПЭ, Ф575 и др. Блок 5 ключей мажет реализовываться на микросхеме КР590КН4, интеграторы 6, 7, 8, 9 — на операционных усилителях типа

КР544УД1, а компараторы 15 и 16 — на микросхеме К554САЗ. В качестве блока 17 выделения переменной составляющей может применяться емкость определенного номинала, а вычислительный блок 19 может реализовываться на вычислительном комплексе "Искра 1256", который имеет модуль аналогового входа и дискретные каналы ввода-вывода. D-триггером 18 может являться микросхема К155ТМ2, Элементы 10, 11, 12, 13 и 14 полностью соответствуют аналогичным элементам устройства-прототипа и реализуются на аналоговых микроэлементах средней степени интеграции. Пиковые детекторы 10 и 11, в частности, могут быть выполнены в соответствии са схемой, предлагаемой журналом В помощь радиолюбителю, вып. 97, 1987, с.

59, блок 12 вычисления средней величины— на операционном усилителе КР544УД1, а блок 13 вычисления среднеквадратическаго отклонения и блок 14 вычисления относительной величины отклонения — на наборе операционных усилителей или специализированных интегральных микросхемах 140 серии.

Формула изобретения

1. Способ определения первичных параметров режима работы машины циклическо1760399 го действия, заключающийся в том, что регистрируют выходные сигналы соответствующих датчиков, по которым определяют величины первичных параметров, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения 5 точности определения первичных параметров автоколебательного режима работы машины, дополни. тельно по одному из регистрируемых выходных сигналов измеряют период автоколебаний, а величину 10 первичных параметров определяют интегрированием их текущих значений в течение времени, кратного периоду автоколебаний.

2. Устройство для определения первичных параметров режима работы машины 15 циклического действия, содержащее датчики первичных параметров, блок ключей, блок вычисления средней величины, блок вычисления среднеквадратичного отклонения, блок вычисления относительной вели- 20 чины отклонения, два компаратора и два пиковых детектора, первые входы которых подключены к одному из датчиков первичных параметров, вторые входы соединены между собой, а выходы пиковых детекторов 25 подключены к соответствующим входам блока вычисления средней величины, выход которого подключен к первому входу блока вычисления среднеквадратичного отклонения и первому входу блока вычисления относительной величины отклонения, выход которого подключен к входу первого компаратора, а второй вход — к выходу блока вычисления среднеквадратичного отклонения, второй вход которого подключен к выходу одного из пиковых детекторов, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения первичных параметров автоколебательного режима работы машины, в него введены блок выделения переменной составляющей, Д-триггер и интегратор по числу измеряемых параметров, датчики которых через соответствующие ключи блока ключей подключены к информационным входам соответствующих интеграторов, установочные входы которых подключены к установочному входу Д-триггера, выход которого подключен к управляющему входу блока ключей и Д-входу

Д-триггера, счетный вход которого подключен к выходу второго компаратора и вторым входам пиковых детекторов, первые входы которых через блок выделения переменной составляющей подключены к входу второго компаратора.

1760399

S6 <0 t 19 акр.2

Составитель Ю.Тронь

Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла

Редактор

Заказ 3181 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101