Устройство для измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в измерительной технике при измерениях быстропеременных давлений газов в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Цель: повышение точности измерения давления . Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда в виде операционного усилителя с измерительным конденсатором и ключом между его инвертирующим входом и выходом, измерительный блок, а также последовательно соединенные операционный усилитель, ключ и запоминающий блок между выходом и неинвертирующим входом преобразователя заряда. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала, формирователь импульсов и схему задержки импульсов, выход которой соединен с управляющим входом ключа, а вход - с управляющим входом ключа преобразователя заряда, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя. Положительный эффект: уменьшение погрешностей , обусловленных дрейфом нуля операционного усилителя. 3 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (яis G 01 1 23/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4848306/10 (22) 09.07.90 (46) 30,11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт физикотехнических проблем СО ВАСХНИЛ (72) В.В.Минеев, И.С.Гареев и О.Ф, Савченко (56) Авторское свидетельство СССР № 1002860, кл. G 01 1. 23/10. 1977, Перевод ВЦП Г-44936. Измеритель среднего индикаторного давления типа

6603 фирмы AVL. Инструкция по эксплуатации, М„1982, с.12-13. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ПОРШНЕВОГО

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование; в измерительной технике при измерениях быстропеременных давлений газов в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Цель: повышение точности измерения давИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях быстропеременных давлений газов в цилиндре (индицировании) поршне-. вого двигателя внутреннего сгорания (ДВ С), когда давление носит циклический характер изменения и имеет участки с нулевым значением.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления. Кроме того, изобретение позволяет не производить подбор (:огласование) транзисторов во входном дифюерен циальнам каскаде операционного усилителя преобразователя заряда, что удешевляет устройс -во...,5U,, 1778584 А1 ления. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединен н ые пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда в виде операционного усилителя с измерительным конденсатором и ключом между его инвертирующим входом и выходом, измерительный блок, а также последовательно соединенные операционный усилитель, ключ и запомина. ющий блок между выходом и неинвертирующим входом преобразователя заряда, Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала, формирователь импульсов и схему задержки импульсов, выход которой соединен с управляющим входом ключа, а вход — с управляющим входом ключа преобразователя заряда, выход которого соединен с инверти.рующим входом операционного усилителя.

Положительный эффект: уменьшение погрешностей, обусловленных дрейфом нуля операционного усилителя. 3 ил.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения давления в цилиндре ДВС; на фиг.2, 3 приведены диаграммы в функции от угла поворота коленчатого вала, поясняющие работу устройства, Устройство для измерения давления газов в цилиндре, поршневого ДВС (фиг,1) содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления 1. преобразователь заряда 2, представляющий собой операционный усилитель 3 с измерительным конденсатором 4 и ключом

5 между его инвертирующим входом и выходом, и измерительный блок 6, а также последовательно соединенные операционный усилитель 7, ключ 8 и запоминающий блок 9 между

1778584

15 выходом и неин ве р1ирующим входом и реобразователя заряда 2. При этом выход преобразователя заряда 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, неинвертирующий вход которого соединен с общей точкой схемы (корпусом), Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала 10, формирователь импульсов 11 и схему задержки импульсов 12, выход которой соединен с управляющим входом ключа 8, а вход — с управляющим входом ключа 5 преобразователя заряда 2.

Устройство работает следующим образом. При воздействии измеряемого давления Р газов, имеющего циклический характер, на пьезоэлектрический датчик

1, на выходе последнего возникают электрические заряды, прогорциональные давлению, т.е, с такой же формой изменения в функции от угла поворота, что и давление газов. Преобразователем заряда 2 электрические заряды преобразуются в электрическое напряжение U» x, которое измеряется измерительным блоком 6. Однако в процессе измерений могут возникать погрешности, т.е. форма выходного напряжения преобразователя 2 может не соответствовать форме изменения давления газов из-за возникновения паразитных (неинформативных) зарядов, возникновения неинформативной составляющей напряжения Uevx. Паразитные заряды могут возникать при воздействии высокой циклической температуры сгорания газов в цилиндре

ДВС на датчик давления, при изгибании и вибрации кабеля, соединяющего датчик давления 1 с преобразователем заряда 2; неинформативная составляющая выходного напряжения О может возникать из-за неидентичности характеристик транзисторов входного дифференциального каскада операционного усилителя 3 преобразователя заряда 2 при изменении температуры окружающей среды, а также из-за изменения режима операционного усилителя 3 при коммутациях ключа 5 и заряда (разряда) измерительного конденсатора 4 через паразитные связи и от паразитных источников (например, термоэлектродвижущая сила в контактах электрических цепей, источники управляющих сигналов и т.п). Диаграммы иллюстрируют, каким образом в заявляемом устройстве устраняются названные погрешности. На фиг.2 обозначено: Отвд — выходной сигнал схемы задержки импульсов; hi — погрешность иэ-за паразитных зарядов датчика и кабеля; hg — погрешность из-эа неидентичности характеристик транзисторов операционных усилителей,при изменении. температуры; Лз — погрешность из-за параэитных связей и изменения режима операционного усилителя, При достижении коленчатым валом угла поворота < 1 формирователь импульсов 11 по сигналам преобразователя угла поворота коленчатого вала 10 вырабатывает импульс напряжения Офи, который заканчивается при угле поворота pz . Импульс Офи, воздействуя на управляющий вход ключа 5, вызывает замыкание его контактов, в результате чего измерительный конденсатор 4 разряжается, при этом выходной заряд датчика давления 1 также равен нулю, Таким образом, погрешность, обусловленная паразитными зарядами на входе преобразователя заряда, устраняется.

При угле поворота коленчатого вала рз на выходе схемы задержки импульсов 12 возникает импульс напряжения Vaap,, который, воздей ствуя на ключ 8, вызывает его замыкание.

При замыкании ключа 8 восстанавливается цепь коррекции выходного сигнала Ueaix, выход операционного усилителя 3 — инвертирующий вход операционного усилителя 7— ключ 8 — запоминающий блок 9 — неинвер. тирующий вход операционного усилителя 3 — выход операционного усилителя 3, В результате коррекции на неинвертирующем входе операционного усилителя 3 вырабатывается напряжение коррекции Ок, которое компенсирует выходное напряжение до нуля (точнее до значения, равного

Uâûx

ee x «0 где К вЂ” коэффициент усилеК ния операционного усилителя 7 ). При угле поворота pz преобразователь заряда переходит из состояния сброса заряда в состояние преобразования заряда в результате размыкания контактов герконового ключа 5.

Этот переход сопровождается появлением неинформативной составляющей выходного напряжения Uee|, обусловленной зарядом (разрядом) йзмерительного конденсатора 4 через паразитные связи между цепью управления ключа 5 и инвертирующим входом операционного усилителя 3 от паразитных источников; управляющего сигнала Офи и напряжения, возникающего от движения контакта геркона в магнитном поле, а также сменой режима операционного усилителя 3 по постоянному току (режима с минимальным сопротивлением обратной связи, когда ключ 5 замкнут, на режим максимального сопротивления обратной связи, когда ключ 5 разомкнут). Однако, за счет

1778584 того, что до момента у действует цепь коррекции выходного сигнала Ua»<, эти возникающие неинформативные составляющие напряжения компенсируются. При угле поворота рд цепь коррекции разрывает- 5 ся и устройство переходит в режим измерений, но напряжение коррекции О, благодаря запоминающему блоку сохраняется до следующего цикла сброса и коррекции. Момент <р4 выбирается так. чтобы 10 он совпадал или был вблизи момента, когда измеряемое давление, а следовательно, и заряд равны или близки нулю, например, в нижней мертвой точке поршня (НМТ). Таким образом, при переходе устройства в режим измерений входному нулевому сигналу давления соответствует нулевой выходной сигнал Ueux, т.е. точность преобразования (измерения) повышается.

Формула изобретения 20

Устройство для измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик давления, преобразователь заряда, представляющий собой операционный усилитель с измерительным конденсаторам и ключом между его инвертирующим входом и выходом, и измерительный блок, а также последовательно соединенные преобразователь угла поворота коленчатого вала и формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом ключа преобразователя заряда, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения давления. оно снабжено запоминающим блоком, вторым ключом и дополнительным операционным усилителем, а также схемой задержки импульсов, причем инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя соединен с выходом преобразователя заряда, выход дополнительного операционного усилителя через последовательно соединенные второй ключ и запоминающий блок связан с неинвертирующим входом операционного усилителя преобразователя заряда, а выход формирователя импульсов через схему задержки импульсов связан с управляющим входом второго ключа.

Составитель В.Минеев

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор И.Муска

Редактор

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

Заказ 4185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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