Устройство для измерения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания

5 0 01 1 23/1 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) 54) УСТРОЙСТВО ЕНИЯ В ЦИЛДВИГАТЕЛЯ ВНУ57) Использовани е при измерения ений газов в вигателя внутр ель: повышение к измерительользовано при ных давлений ании) поршнегорания (ДВ С), еский характернулевым знаОО ОЧ 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт физико- технических проблем СО ВАСХНИЛ (72) В.В.Минеев, И,С,Гареев и О.ф, Савченко(56) Авторское свидетельство СССР йг 1002860, кл, 6 011 23/10. 1977,Перевод ВЦП Г, Измеритель среднего индикаторного давления типа 6603 фирмы АЧ 1 Инструкция по эксплуатации, М 1982, с.12-13. ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВИНДРЕ ПОРШНЕВОГО ТРЕННЕГО СГОРАНИЯ е; в измерительной техних быстропеременных давцилиндре поршневого еннего сгорания ДВС). точности измерения давИзобретение относится ной технике и может быть ис измерениях быстропереме газов в цилиндре (индициро вого двигателя внутреннего с когда давление носит циклич изменения и имеет участки чением. Целью изобретения является повышение точности измерения давления. Кроме того, изобретение позволяет не производить подбор(:огласование) транзисторов во входном дифоерен циальном каскаде операционного усилителя преобразователя заряда, что удешевляет устройс.во. ления. 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. 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 выхо. дом, и измерительный блок 6, а также последовательно соединенные операционный усилитель 7, ключ 8 и запоминающий блок 9 междувыходом и неин ве р 1 ирующим 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 Овьх, 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 Овых. Паразитные заряды могут возникать при воздействии высокой циклической температуры сгорания азов в цилиндре ДВС на датчик давления, при изгибании и вибрации кабеля, соединяющего датчик давления 1 с преобразователем заряда 2; неинформативная составляющая выходного напряжения Овцх 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 устраня ются назван ные погрешности. Н а фиг.2 обозначено: Озд - выходной сигнал схемы задержки импульсов; Л 1- погрешность иэ-за паразитных зарядов датчика и5 10 15 кабеля: Й - погрешность из-эа неидентичности характеристик транзисторов операционных усилителей,при изменении. температуры; Ьз - погрешность из-за параэитных связей и изменения режима операционного усилителя,При достижении коленчатым валом угла поворота р 1 формирователь импульсов 11 по сигналам преобразователя угла поворота коленчатого вала 10 вырабатывает импульс напряжения Офи, который заканчивается при угле поворота а . 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 навыходе схемы задержки импульсов 12 возникает импульс напряжения Озад, который, воздей ствуя на ключ 8, вызывает его замыкание,При замыкании ключа 8 восстанавливается ЦЕПЬ КОРРЕКЦИИ ВЫХОДНОГО СИГНВЛа Овых, ВЫ- ход операционного усилителя 3 - инвертирующий вход операционного усилителя 1 - 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=О, где К - коэффициент усиления операционного усилителя 7 ). При 40 угле поворота у 2 преобразователь зарядапереходит из состояния сброса заряда в состояние преобразования заряда в результате размыкания контактов герконового ключа 5.Этот переход сопровождается появлением неинформативной составляющей выходного НаПРЯжЕНИЯ Оных, ОбуСЛОВЛЕННОй ЗВРЯДОМ (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 кон- такта 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 счеттого, что до момента уи действует цепькоррекции выходного сигнала Овых, эти возникающие неинформативные составляющие напряжения компенсируются, При углеповорота р цепь коррекции разрывается и устройство переходит в режим измерений, но напряжение коррекции О,благодаря запоминающему блоку сохраняется до следующего цикла сброса и коррекции. Момент р 4 выбирается так, чтобы 10он совпадал или был вблизи момента, когдаизмеряемое давление, а следовательно, изаряд равны или близки нулю, например, внижней мертвой точке поршня (Н МТ). Такимобразом, при переходе устройства в режим 15измерений входному нулевому сигналу давления соответствует нулевой выходной сигнал Овых, т.е. точность преобразования(измерения) повышается,Формула изобретения 20Устройство для измерения давления вцилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрическийдатчик 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.Мине Техред М.Моргентал орректор И,М актор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага 01 Заказ 4185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5