Цифровой измеритель отношения давлений в двигателе внутреннего сгорания

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 09.1277 (21) 2558507/18-10 С 01 1. 15/00 С О 1 1. 23/08 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230780(71) Заявитель Пензенский политехнический институт(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения и контроля давления в цилиндре двига телей внутреннего сгорания.Известно устройство для измерения отношения давления, в котором с целью получения угла поворота вала, пропорционального отношению давле О ний, осуществляется механическое логариФмирование и антилогарифмирование промежуточных величин (углов по.ворота), пропорциональных давлениям 111 .15Недостатком данного устройства является значительная погрешность изме-рителя за счет наличия механических преобразований, а также низкое быстродействие, ограничивающее его ис" 2 О пользование при исследовании быстро- меняющихся процессов.Известно также устройство для измерения отношения давлений, которое является наиболее близким по техничес кой сущности и достигаемому результату к изобретению 21 .устройство содержит рычаг, к одному плечу которого подсоединен манометрический упругий чувствительный элемент, а к другому - анероидныйчувствительный элемент, закреплен-ный на поворотной рамке, датчик положения рычага и сервопривод дляповорота рамки. Устройство снабженодвумя электромагнитами с якорями идвумя Функциональными преобразователями "давление-электрический ток",один из которых анероидный, а другой - манометрический. При этомякорь одного электромагнита жесткосвязан с анероидным чувствительнымэлементом, а якорь другого - с манометрическим. Выходные клеммыпреобразователей "давление - электрический ток" соединены последовательно между собой и с обмоткамиобоих электромагнитов. При поступлении давлений рычаг поворачивается.Датчик положения рычага через следящую систему его выравнивает, отрабатывая угол ос. При этом угол сс зависит от отношения давлений Р 1 Р,а также от абсолютных значений Р 4и Рв . Компенсация этой зависимостипроизводится следующим образом. Функциональные преобразователи преобразуют давления в электрические то,ки, поступающие в обмотки электромагнитов, якоря которых изменяютположение рычага.Недостатком такого устройства является относительно невысокая точность, обусловленная погрешностьюэлектро-механического преОбразователя, а также сложность реализации.Цель изобретения - повышение точности измерения отношения давления.Это достигается тем, что в измерителе, содержащем датчики давления,фильтры низких частот и вычислительное устройство, последнее содержитаналоговое запоминающее устройство,пропорционально-интегральное звено,дифференциатор, усилитель-ограничитель, формирователь, сравнивающее 15устройство, триггер, ключ и узелцифрового измерения интервалов времени, причем выход первого датчикаподключен через первый фильтр параллельно ко входам аналогового запоминающего устройства и дифференциатора, выход которого через последовательно соединенные усилитель-ограничитель и формирователь подключенк одному входу триггера, соединенного с управляющими входами ключа,аналогового запоминающего устройства и входам узла цифрового измерения интервалов времени, другой входтриггера соединен с выходом сравнивающего устройства, входы которогоподключены к выходам пропорциональноинтегрального звена и второго фильтра, выход которого соединен черезключ с входом пропорционально-интегрального звена, вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства,На фиг, 1 изображена структурнаясхема цифрового измерителя; на Фиг.2 -временные диаграммы, поясняющие работу цифрового измерителя.Измеритель содержит датчики давления 1 и 2, фильтр низких частот 3,аналоговое запоминающее устройство 4,дифференциатор 5, усилитель-ограничитель б, формирователь 7, триггер 8,ключ 9, фильтр 10, пропорциональноинтегральное звено 11, сравнивающееустройство 12, узел 13 цифровогоизмЕрения интервалов времени. 50Выход первогодатчика 1 подключенчерез фильтр 3 параллельно ко входаманалогового запоминающего устройства4 и дифференциатора 5, выход которогочерез усилитель-ограничитель би Формирователь 7,последовательносоединенные, подключен к одному входу триггера 8,соединенного с управляющими входами ключа 9 и аналоговогозапоминающего устройства 4, а такжесо входом узла 13. Другой вход триггера 8 соединен с выходом сравнивающего устройства 12, один вход которого подключен к выходу пропорционально-интегрального звена 11, а другой - к выходу соединенного с выхо дом второго датчика 2 второго фильтра 10, выход которого соединен черезключ 9 с интегрирующим входом пропорционально-интегрального звена 11,пропорциональный выход которого соединен с выходом аналогового запоминающего устройства 4,Цифровой измеритель работает следующим образом. ИзменяющеЕся за циклдавления Р в цилиндре двигателя внутреннего сгорания фиксируется первымдатчиком 1 давления, например индуктивным. Давление Р, соответствующеелинии атмосферного давления, Фиксируется вторым датчиком 2 давления. Свыхода датчика 1 переменное напряжение подается на вход первого фильтра3, где выделяется огибающая напряжения, повторяющая закон изменениядавления Р . Она выделяется фильтром3, напряжение с которого подается навход устройства 4 и на вход дифференциатора 5. На выходе последнего напряжение в моменты, соответствующиеэкстремальным точкам давления Р,равно нулю. С выхода дифференциатора5 напряжение подается на вход усилителя-ограничителя б, где оно преобразуется в напряжение прямоугольнойформы. Данное напряжение подаетсянавход формирователя 7, выделяющего Импульс, соответствующий задйемуфронту выходного напряжения усилителя-ограничителя б, т,е, моментуР = Р, , Этот импульс перебрасывает триггер, своим выходным уровнемразрешающий запоминание выходногонапряжения Фильтра 3 на устройство4 и открывающий ключ 9.Для Фиксирования давления Р, соответствующего линии атмосферного,служит второй датчик 2,второй фильтр10. Это давление можно считать постоянным в пределах каждого цикла работы двигателя внутреннего сгорания.Напряжение с выхода фильтра 10 подается через открытый ключ 9 на интегрирующий вход пропорционально-интегрального звена 11, выполненного, например, на основе операционного усилителя. На пропорциональный вход звена 11 подается напряжение с выходаустройства 4. Выходное напряжениепропорционально-интегрального звена11 имеет следующий вид:1 Ф-(Ю +и С, (С - Ц (РСЭто напряжение подается на один вход сравнивающего устройства 12, на другой вход которого подается напряжение .Оо. Момент срабатывания сравнивающего устройства 12 может быть определен иэ соотношенияоткуда длительность импульса на выходе триггера 8, возвращаемого висход750300 10 формула изобретения 6 мхад ное состояние импульсом сравнивающего устройства 12, при С = С =С, пропорциональна отношениюЦ фо, т.е. пах одФ, = - . ЯС = К ЙС (К=сопвО) па х Ртахо оДлительность этого импульса измеряется с помощью узла 13,выходным сигналом которого (и всего устройства) является цифровой код, пропорциональный искомому отношению И-К " (к,.сопвФ).оСмена выходного уровня триггера 8 служит сигналом для сброса напряжения, запомненного в устройстве 4, а также для закрытия ключа 9. Схема возвращается в исходное состояние. В следующем цикле работа происходит аналогично рассмотренной.Техническая эффективность изобретения состоит в том, что задача повышения чувствительности выполняется без применения механических и электромеханических функциональных узлов. Цифровой измеритель отношения 30 давлений в двигателе внутреннего .сгорания, содержащий датчики давлений, фильтры низких частот и вычислительное устройство, о т л и ч а ю щ и йс я тем что, с целью повышения точности, в нем вычислительное устройство содержит аналоговое запоминающее устройство, пропорциональноинтегральное звено, дифференциатор,усилитель-ограничитель, формирователь,сравнивающее устройство, триггер, ключи .узел цифрового измерения интервалов времени, причем выход первого датчика подключен через первый фильтрпараллельно ко входам аналоговогозапоминающего уСтройства и дифференциатора, выход которого через последовательно соединенные усилительограничитель и формирователь подключен к одному входу триггера, соединенного с управляющими входамиключа, аналогового запоминающего устройства и входом узла цифрового измерения интервалов времени, другойвход триггера соединен с выходомсравнивающего устройства, входы которого подключены к выходам пропорционально-интегрального звена и второго фильтра, выход которого соединенчерез ключ со входом пропорциональноинтегрального звена, соединенного свыходом аналогового запоминающегоустройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 4354 б 8, кл. 6 0115/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССР9 336550, кл. 6 О23/08, 1972,Редактор В.фельдман Техред М.Петко Кост рек ПодписноеСССР аказ 4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 21/32 Тираж 1019 цНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рауш