Устройство для измерения мощности

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОЫ ИтИН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и) 60l586 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено0 9.03. 76 (21)2 342 1 20j l 0 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (43) Опубликовано05.04.78,Бюллетень % 13 (45) Дата опубликования описания 13.03.78

2 (51) М. Кл.

G01 Ь 23/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам нэооретений и открытий (53) УДК 53 1. 78 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

P. А. Ивашев и Г. Ф. Морозов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

Настоящее изобретение относится к об— ласти приборостроения и, в частности, к электронным приборам, предназначенным для измерения мошности преимущественно двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано как в качестве автономного прибора, так и в качестве устройства, встраиваемого в диагностическую измерительную систему.

Известное устройство дпя измерения мош- 0 ности, содержащее датчик частоты вращения, селектор уровня, генератор импульсов, счетчик импульсов и бпок индексации обладает недостаточной точностью измерения tlj .

Наибопее близким по технической сушносги к настоящему изобретению явпяется . устройство дпя измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, связанный выходом с селектором уровня, бпок формирования угловых отметок, соединенный выходом со входом распредепителя сигналов и управпяюшим входом задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отметок, генератор импульсэв эбразцэвэй частоты, связанный со счетным вхэдэм счетчика импульсов, вь-ход которого через венгипи подкпючен к информационному входу вычислителя (2 .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения.

Цепью насгояшего изобретения является повн,шение точности измерения.

Указанная цепь достигается за счет того, что в него допопнигепьно введены сигнапизагор, блок ключей, входы которого связаны с выходами распредепигепя сигнапов, а выход связан с входом венгипя, блок формпрованпя начала огсчега угловых отметок, выход которого связан с входом задагчика номера угловой отметки, блока формирования угловых отметок и распределителя сигналов, бпок синхронизации, вход которого соединен с выходом распределитепя сигнапов, а выход с входами бпока кпючей и блока формирования начала отсчета угловых отметок, и датчик синхронизации, выход которого соединен с входом блока формирования начала отсчета угловых or60 1586 меток, причем выход сепектора уровня соединен со входами блока формирования начала отсчета угловых отметок, блока синхронизации и сигнапизатора, а выход блока ключей — со входами вычислителя, сигнапизагора и задатчика номер угловой отметки.

На чертеже приведена блок-схема настоян;его устройства дпя измерения мощности.

Устройство содержит датчик 1 частоты вращения, выход которого соединен со входом селектора 2 уровня и счетным входом блока 3 формирования угловых отметок; датчик 4- синхронизации, связанный своим выходом через блок 5 формирования начала отсчета угловых отметок с установочным входом блока 3, первым установочным входом задатчпка 6 номера угловой отметки, и установочным входом распределителя 7 сигналов; выход задатчика 6 соединен с управпяюшим входом блока 3 формирования угловых отметок, а управляющий вход — с выходом блока 3 формирования угловых отчеток и входом распределителя 7 сигналов; блок 8 синхронизации, первый вход которого соединен с выходом селектора уровня 2 и первым входом сигнализатора 9, а выход— с управляющими входами блока 10 ключей и блока 5; генератор 11 импупьсов образцовой частоты f э, связанный сэ счетным входом счетчика импульсов 12, подключенного через вентили 13 к информационному входу вычислителя 14. Первый выход распределителя сигналов 7 соединен со вторым входом блока 8 синхронизации, второй — с установочным входом счетчика импульсов 12, а третий и четвертый выходы через блок 10 ключей соединены соответственно с управляющим входом вентилей 13. и со входом упра вне ния выч испи тепя 14, вторым входом сигнализатора 9 и вторым установочным входом задатчика 6 номера угповой отметки, Индексом 15 обозначен выход сигнапизатора 9, индексом 16 - дополнительный управляющий вход блока 5 формирования на- 46 чала отсчета угловых отметок.

Датчик 1 частоты вращения формирует импульсы, частога1„. повления которых пропорциональна угловой скорости вращения Ю„ вада, а количество — углу поворота

g коленчатого вала двигателя. При этом угловая скоростью определяется через периодТ следования импульсов датчика частоты вращения.

Селектор 2 уровня непрерь".вно следит за изменяющейся угловой скоростью разгоняюшегося двигатепч и фиксирует моменты равенства угловой скорости заданным вепичинам й„иЫ, т.е. формирует временной интерва,, соответствующий времени нахождения угловой скэрэсти внутри зоны г — < в

Зона Ы - ы)а ограничивает снизу и свер» ху интервал изменения угловой скорости N1-, на котором измеряется ускорение,и, следовательно, определяется мощность.

Сепектор 2 уровня может быть выпопнен как на основе аналогового, так и цифрового сравнивающего устройства. В первом случае частота импульсов датчика 1 предварительно преобразуется в напряжение с помощью преобразователя частота-напряжение, а во втором — период следования Г; импульсов датчика 1 преобразуется в код с помощью преобразователя период — кэд.

Erroê 3 формирования угловых отметок представляет собой пороговое устройство числа импульсного типа, формирующее на выходе импульс при поступлении на его счетный входМ . импульсов. Порог сра1 батывания блока 3 задается в виде кода чиспа Nq„, поступающего на его управляюи;ий вход с выхода задатчика 6 номера угловой отметки. Пороговое устройство блока 3 может быть выполнено, например, на базе счетчика с установочным исчетHbIM входами и кодовым выходом, подкпюченным через схему сравнения кодов к управляющему входу бпока. При этом счетный вход счетчика образует счетный вход блэка 3.

Задатчик 6 номера угловой отметки представляет собой устройство хранения чисел Й - — номеров угповь х отметок — по1 следовательно подключаемых на выход задатчика по командам, поступающим на управляющий вход задатчика.

Д а тчик 4 синхро низ ации фо рми руе т один импупьс за цикл работы двигателя.

Момент появления импульса синхронизации соответствует определенному моменту цикла работы двигателя, например, моменту начала подачи или впрыска топлива того или иного цилиндра, т.е, определенному углу Ч поворота коленчатого вала в цикле работы двигателя. В качестве датчика 4 синхронизации может быть использован, например, датчик начала подачи ипи впрыска топлива в один из цилиндров в дизепьных двигателях, датчик искры зажигания одного из цилиндров в карбюраторных двигателях.

При сигнале "О" на входе 16 блок 5 формирования начала отсчета угловых огметок выдепяет передний фронт импупьса датчика 4 синхронизации, а при сигнале

"1" на входе 16 — передний фронт импульса селектора 2 уровня, соответствующий моменту достижения угловой скоростью величины(Ин. При появлении сигнала на у правпяющем входе блока 5, связанным с выхо60 1586 дом блока 8 синхронизации, выход блока

5 блокируется.

Принцип действия предлагаемого устройства при измерении мощности отдельных цилиндров двигателя без их отключения заключается в измерении ускорения на участке работы только проверяемого цилиндра, т.е. измеряется ускорение, создаваемое работой проверяемого цилиндра, а, следовательно, и мошность этого цилиндра.

Для этого с помощью датчика 1 частоты вращения, датчика 4. синхронизации и задатчика 6 блок 3 формирует сигналы, соответствующие моментам начала и конца работы проверяемого цилиндра. По этим сигналам аналогично описанному выше известному устройству производится измерение времени разгона двигателяТрот начальной М, до конечнойМ угловой скорости вращения, относяшихся к участку работы только проверя-2п емого цилиндра. Значениями Тр и 1.0 по > г мере их измерения последовательно в виде кэдовЩ „и Я пэступают в вычислитель, где и осуществляется вычисление мощности

N@ для проверяемого цилиндра. Для опре- д деления средней за цикл мощности проверяемого цилиндра, полученное значение мощнос- ти необходимо разделить на число цилиндров ,цвигателя.

Для тэгэ, чтобы иметь вэзмэжнэсть сравнивать полученные значения мошностей проверяемых цилиндров друг с другом, необходимо сохранить идентичность условий работы проверяемых цилиндров при разгоне дви-35 гателя, например, по скоростному режиму и расходу топлива, т.е. на участке измерения ускорения все проверяемые цилиндры должны иметь близкие друг к другу угловые скорости и расход гоплива. Постоянство ус-40 ловий работы проверяемых цилиндров сохраняется путем ограничения зоны возможных смешений участков работы проверяемых цилиндров по скоростной характеристике раэгоняющегося двигателя снизу величиной (Ф и сверху — Ns, вырабатываемых селектором

2 уровня. Р(змерение мощности проверяемго цилиндра осуществляется только в том случае, если его участок работы полностью находится внутри зоныЮ -O) .Величина 50

H зоны(Р -Qlg должна быть с одной сторон ны достаточно малой (но не менее ширины участка работы проверяемого цилиндра), чтобы сохранить идентичными условия работы проверяемых цилиндров, с другой стороны, достаточно большой, чтобы для измерения мощности заранее выбранного цилиндра иметь минимальное количество разгонов двигателя. Практически размер зоны(ю1, -(N не должен превышать изменениябО

В скоростного режима двигателя за 1 — 1,5 цикла его работы.

При измерении люшносги двигателя в целом, устройство запу-скаегся сигналом с селектора 2 уровня в момент достижения угловой скоростью разгоняюшегося двигателя заранее заданной величины% В дальнейшем принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия описанног o выше известного устройства.

Предположим, что измеряется мощность цилиндра, участок работы которого характеризуется моментами поступления после появления сигнала датчика 4 синхронизации

Ny -го иМ -I o импульсов датчика 1 часИ к готы вращения. Перед началом измерения вручную по команде оператора пли автоматически по командам блока управления диагностической измерительной системы в задагчик 6 номера угловой отметки вводятся числай,Я +1,М и - +, а в селектор 2 уровня вводятся уставки, соот ветствуюшие угловым скоростям и II .

Также вручную или автоматически устанавливаются в исходное состояние блок 8синхронизации и сигнализатор 9, на выходе задагчика 6 номера угловой отметки устанавливается запрещенная кодовая комбинация и разблокируется его первый установочный вход, а на входе 16 блока 5 — сигнал

"О". При этом блок 10 ключей оказывается заблокированным, а блок 5 разблокированным сигналом "О" с выхода блока 8 синхронизации. Сигнал на выходе сигнализатора 9 отсутствует.

3атем резкой подачей топлива двигатель разгоняется до максилыльной угловой скорости. Селектор 2 уровня по сигналал датчика 1 частоты вращения непрерывно следит за увеличаюшейся скоростью двигателя. Блок 5 формирования начала отсчета угловых отметок по переднему фронту сигнала датчика 4 синхронизации всякий раз формирует на своем выходе импульс, у.стаHaBJIHBaioIIIHH блок 3 формирования угловых отметок, распределитель 7 сигналов и задатчик 6 номера угловой отметки в исходныесостояния. При этом код на выходе последнего изменяется и принимает значение, соответствующее числу gy . СоогвегсгвенК но раBHbIM этому же числу устанавливает ся порог срабатывания блока 3 формирования угловых отметок, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода датчика 1 частоты вращения, следующие с периодом следования Т, При посгупленич

Я.u — го импульса с момента сгановки Н блока 3 в исходное состояние, последнии срабатывает и формирует на своем выходе импульс, который поступает на управляю7

60 1586 ший вход задагчика 6 номера угловой о-.ìåòки, и на вход распредепителя 7 сигналов.

При этом на выходе задагчика 6 устанавлиBaeTcR код числа fly +1, равного следующему порогу срабатывания бпока 3, а на

5 первом и втором выходах распределитеия

7 сигчапов появляются импульсь1, Импульс с первого выхода рас. редепитепя 7 сигнапов пocтупает на второй вход бцока 8 синхронизации, но не изменяет его состояние, поскольку сигнал на первом входе блока 3 огсугствуег. В резупьтатс блок 10 ключей остается по прежнему забпокированным, сигналы, появпяюшиеся на других выходах раопредепителя сигналов 7 lipH последуюгцих срабатываниях бпока 3 формирования угловых отметок на входы вентилей 13 и вычиспителя 14, не проходят и измерения ускорения не происходит.

При достижении угловой скорости tO> селектор 2 уровня срабатывает и формирует на своем выходе сигчал "l", поступающий на первый вход блока 8 синхронизации. В момент очередного срабатывания блока 3 формирования угповых отметок при пороге равном Иу, импульс, поступающич с первого выхода paспредепителя 7 сигнапов на второй вход блока 8 синхронизации, разблокирует последний и сигнал "1" с выхода селектора 2 уровня проходит через блок

8 на входы блоков 5 и.10. При этом выход бпока 5 блокируется, а выходы блока 10 разблокируются. Появляющийся одновременно с импульсом на первом выходе распределителя 7 сигналов импупьс на втором выходе последнего устанавливает счетчик

12 импульсов в исходное нупевое состояние.

К моменту прихода (йорн+1)-ro импульса на вход блока 3 формирования угловых отметок в счетчике 12 импульсов, íà вход 40 которого поступают имульсы с выхода генератора ll с частотой 1о, будет зафиксировано число 81 импупьсов, равное

ы - 1

Число И1 обратно пропорционально угповой скорости вращения sana двигателя вначалее участка работы проверяемого цилиндра.

В момент прихода (N +1)-го импульса н блок 3 формирует импупьс, по которому на 50 выходе задатчика 6 номера угловой отметки устанавпивается код сдедующего порога срабатывания бпока 3 — чиспо Иу„, а расп редеди тепь 7 сигналов вырабатывает импульс на своем третьем выходе. Этот им- 55

- пульс через блок 10 кпючей поступает на управпяю ций вход вентилей 13 и разблокирует их. При этом код числа Nq с выхода счетчика импульсов 12 считывается в запоминающее устройство вычиспителя 14. 60

К моменту прихода Илу -го импульса

Х на вход блока 3 формирования угповых отметок в счетчике 12 импульсов будет зафиксировано чиспо И импульсов, равное: H

N =1 ZT1

14

Число Йк пропорционально времени Тр прохождения вапом двигателя в процессе его разгона участка работы проверяемого цилиндра, характеризующегося начальным т н и конечным 9к углами поворота вала двагатепя. В момент прихода 8+ -го импульса по сигналу блока 3 формирования угповых отметок на выходе задатчика 6 чомера угповой отметки устанавливается код следующего порога срабатывания блока 3число Nq<+1, а распределитель сигналов

7 снова вырабатывает импульс на своем тре тьем выходе . В е н тини 1 3 оп я ть ра зблокируются и код чиспа М К переписывается в вычислитель 14. Через время, необходимое для уверенной переписи кода счетчика 12 импупьс о в в вычисли ren ь 1 4, поя вляе тся сигнал на втором выходе распределителй 7 сигналов, устанавливающий счетчик 12 импульсов в исходное нулевое состояние.

В результате к моменту прихода (gy +

+1)-го импупьса на вход блока 3 в счет чике импульсов 12 будет зафиксировано число импульсов, равное:

N - Т

Число N> обратно пропорционально угловой скорости Ю вращения вала двигателя в конце участка работы проверяемого цилиндра. B момент прихода (8 +1)-го импульса на вход блока 3 код числа g анапогично описанному выше способу будет переписан в вычислитель 14. При этом на выходе задатчика 6 будет установлен код запрещенной комбинации, блокирующий возможность дальнейшего срабатывания блока

3. Через время, необходимое для уверенной переписи .кода счетчика 12 импульсов в вь..числитель 14, на четвертом выходе распределитепя 7 сигналов появляется сигнап, который блоки руе т пе рвый установочный вход задатчика 6 и одновременно вырабатывает команду на вычиспение вычислителю 14. Последний производит вычисление мощности проверяемого ципиндра Iio формуле:

М= л е щ ном

N KK где п — BHcno gnnnanpos gsnrarenH о в номинапьные обороты вала, К вЂ” постоянный коэффициент.

При этом величины К„, Хки Я являются переменными для вычислителя 14, а вели60 1586

Допустим, что измеряется мощность двигателя в целом. Перед измерением на входе 16 блока 5 формирования начала отсчета угловых отметок устанавпивается сигнал "1", а в задатчик 6 номера угловой отметки вводятся числа, соответствующие приходу первого, второго,К вЂ” го И (g +

+1)-го импульсов датчика 1 частоты вращения на вход блока 3. При этом чиспой выбирается так, что интервал Тр между моментом прихода первого иЯ -го импульсов равен ипи кратен по углу поворота коленчатого вала циклу работы двигателя.

Работа устройства в целом не отличается от его функционирования при измерении мощ- 40 ности отдельного цилиндра. Единственным отличием является то, что сигнал начапа отсчета угловых отметок формируется блоком 5 по переднему фронту сигнала на выходе селектора 2 уровня, а при вычислении мощности коэффициент Фпринимается равным единице.

9 чины щ, К" и 11 являются постоянными номдпя данной марки двигателя и вводятся в вычислитель 14 перед началом измерений.

Одновременно с командой на вычисление сигнал с четвертого выхода распределителя 7 сигналов поступает на соответствующий вход сигнализатора 9 и блокирует его другой вход, связанный с выходом селектора

2 уровня. 10

Если в процессе разгона двигатель достигает угловой скорости Ж до момента прихода (8y +1)-го импульса на участк ке измерения мощности проверяемого цилиндра то к моменту появления импульса на 15 четвертом выходе распределителя 7 сигналов блок 10 ключей оказывается заблокированным и команда на вычисление не поступает.

При этом по заднему фронту сигнала на выходе селектора 2 уровня сигнапизатор 20

9 вырабатывает на выходе 15 сигнал оператору о необходимости повторить измерение, так как интервал работы проверяемого цилиндра не уложился полностью в зону И 1- Ы ь, 10

Формула из об ре те ния

Устройство для измерения мощности, содержащее датчик частоты вращения вала двигателя, связанный выходом с селектором уровня, блок формирования угчовых отметок, соединенный выходом со входом распределителя сигналов и управпяющим входом задатчика номера угловой отметки, выход которого подключен к управляющему входу блока формирования угловых отметок, генератор импульсов образцовой частоты, связанный со счетным входом счетчика импульсов, выход которого через вентиль подключен к информационному входу вычислителя, о т и и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены сигнапизатор, блок ключей, входы которого связаны с выходами распределителя сигналов, а выход связан с входом вентиля, бпок формирования начала отсчета угловых отметок, выход которого связан с входом задатчика номера угловой отметки, блока формирования угловых отметок и распределителя сигналов, блок синхронизации, вход которого соединен с выходом распределителя сигналов, а выход с входами блока ключей и блока формирования начала отсчета угловых отметок, и датчик синхронизации, выход которого соединен с входом блока формирования начала отсчета угловых отметок, причем выход селектора уровня соединен со входами блока формирования начала отсчета угловых отметок, блока синхронизации исигнализатора, а выход блока ключей — со входами вычислителя, сигнапизатора и задатчика номера угловой отметки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1- Авторское свидетельство ¹ 167332, кп. 501 1 3/24, 1963 °

2. Авторское свидетельство ¹ 314088, кп. Q 01 l 23/08, 1969.

601586

Составитель А. Новиков

Редактор Т. Авдейчик Техред H. Андрейчук Корректор М. Демчик

Заказ 1651/6 Тираж 1112 П одписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4