Устройство для измерения запыленностигазов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сеюз Сфветскнх Сфциалнстических Республик(51)М, Кл. с присоединением заявки Мо 6 01 й 15/02 Госудавственный комптет СССР по делам изобретений н открытий.4 (088. 8) Опубликовано ЗОЛ 381. Бюллетень М 9 12 Дата опубликования описания ЗООЗЯ 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГАЗОВИзобретение относится к измерительным и контролирующим устройствам и может быть использовано для определения концентрации твердых частиц в воздушном потоке преимущественно при испытаниях и эксплуатации обслуживающих систем, в частности системы воздухоочистки двигателей транспортных средств а также для опреде ления.степени эакоксованности воздушного тракта двигателей.Известно устройство для измерения запыленности газов, в котором в качестве рабочего элемента измерения используется пьезокристалл,. покрытый 15 клейкой массой для налипания пыли. Для измерения закоксованности клейкую массу можно заменить слоем металла, напиленным на пьезокристалл, Увеличение массы кристалла эа счет осаж дения на нем пыли или кокса снижаетего резонансную частоту 1,11.Однако это устройство не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием, так как выполнение пьезокристалла тоньше 0,5 мм связано с большими трудностями. Кроме того, пленка кокса или пыли шунтирует кристалл, что снижает его добротность, а также пьезокристаллы оченьхрупки 30 и могут быть повреждены сравнительно крупной частицей в газовом потоке, что приводит к низкой надежности рабочего элемента.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения запыленности газового потока. В этом устройстве в качестве чувствительного элемента использована натянутая вдоль газового потока непрозрачная для пыли и газа лента, которая приводится специальным возбудителем в состояние непрерывной вибрации, Рабочая частота вибрации ленты зависит от. массы ленты и изменяется при отложении на ней кокса или пыли. Изменение частоты вибрации ленты фиксируется датчиком и регистрируется с помощью измерительного узла. Такое устройство отличает высокая чувствительность и быстродействие, так как ленту можно выполнить достаточно тонкой (0,03- 0,1 мм) и при этом даже малый слой отложений существенно изменит ее резонансную частоту Кроме того, для изготовления ленты можно испольэовать достаточно прочный материал с адгеэионными свойствами аналогичными адгезионным свойствам поверхности конт817537 50 60 ролируемого узла, например воздушного компрессора или впускной системы двигателя 23.Однако при расположении ленты вдоль контролируемого потока воздуха требуется организация длинного канала со специальным отбором газа, каждый объем которого находится в канале достаточно долго для того, чтобы большая часть частиц успела отложиться на ленте при продольной траектории потока. При этом. кокс, содержащийся в воздухе, практически не будет откладываться на ленте. При расположении ленты в проточной части воздушной системы перпендикулярно потоку (для обеспечения максимально возможной массы отложений частиц пыли .или кокса), равнодействующая динамического давления потока на лену изменяет среднее значение ее натяжения и, следовательно, ее резонансную частоту. Причем даже малые значения равнодействующей динамического давления приводят к существенному изменению натяжения благодаря тому, что угол между равнодействующей и силой натяжения ленты близок к 90 о. Таким образом, резонансная частота колеблющейся ленты определяется не только массой отложений частиц на ленте, но в значительной степени скоростью газового потока, зависящей от режима работы двигателя, что , в свою очередь, отрицательно сказывается на достоверности результатов измерений.Кроме того, при использовании уст ройства в качестведатчика закоксованности, отложение кокса на ленте снижает ее гибкость и, как следствие, эксплуатационную надежность устройства, Конструкция известного устройства сложна и нетехнологична, его трудно выполнить вибростойким и малогабаритным, что необходимо для использования его на двигателе внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности работы,Поставленная цель достигается тем что известное устройство .для измерения запыленности газов, содержащее чувствительный элемент, расположенный на пути газового повока, возбудитель колебаний, датчик перемещения чувствительного элемента и измерительный узел, дополнительно содержит фазовращатель, электромагнит и усилитель, чувствительный элемент выполнен в виде стальной пластины, укрепленной на плоской пружинепри этом возбудитель колебаний совмещен с датчиком перемещения, который подключен ко входу фазовращателя, связанного своим выходом через усилитель с элект ромагнитом, причем последний и датчик перемещения расположены эа пластиной по ходу газового потока. Выполнение чувствительного элемен,та в виде пластины, сопряженной сплоской пружиной позволяет устанавливать его непосредственно в проточнойчасти воздушной системы двигателявнутреннего сгорания перпендикулярнонаправлению воздушного потока, а также использовать устройство в качестве датчика закоксованности воздушного тракта. Это стало возможным потому,.что постоянная составляющая силы,изгибающей плоскую пружину, не влияет на ее резонансную частоту и поэтому не ухудшает точности измеренияслоя отложения, так как частицы кок;. са удержнваются на пластине. Резо нансная частота пластины не зависитот скорости потока газа, т.е. от режима работы двигателя, а определяется только весом частиц. В то же время на поверхнс "ть плоской пружины, Я испытывающей действие изгибного момента, кокс не попадает, не изменяет ее гибкости и, таким образом,обеспечивается достаточно высокаяэксплуатационная надежность устройства. Данное схемное решение возбудителя колебаний и измерительногоузла в их взаимосвязи обеспечиваетвысокую чувствительность и помехоустойчивость измерений.На чертеже схематически изображеноустройство для измерения запыленнос-ти газов.Устройство содержит чувствительный элемент, который представляетсобой стальную пластину 1, выполненную заодно с плоской пружиной 2, датчик 3 перемещения, электромагнит 4и измерительный узел. Чувствительныйэлемент укреплен в корпусе 5 устройства так, что пружина 2 закрыта щит ком б. датчик 3 перемещения и электромагнит 4 расположены в непосредственной близости от пластины 1 со стороны ее нерабочей поверхности, Датчик 3 выполнен токовихревым и является одновременно возбудителем колеба-,ний. Его обмотка подключена ко входу измерительного узла, в частности к цифровому частотомеру 7 и фаэовращателю 8. Последний через усилитель 9 связан с электромагнитом 4.Устройство работает следующим образом.Чувствительный элемент с датчиком 3 перемещения и электромагнитом4 размещается на пути прохождения газового потока, содержащего частицы пыли (или кокса), в воздушном тракте двигателя внутреннего сгораниятак, что стальная пластина 1 расположена перпендикулярно этому потоку иоткрыта для него, а пружина 2 защищается от него щитками 6. Пластина 1и корпус 5 устройства предохраняют датчик 3 и электромагнит 4 от попадания на них пыли и кокса. Флуктуации воздушного потока, вибрации и(В/мЛ);К - коэффициент преобразованияэлектромагнита (мА/гс);К - статическая жесткость плоской пружины (гс/мм).Это неравенство является обычным 35 условием самовозбуждения при коэффициенте обратной связи равном единице. При этом в замкнутой системе будут постоянно поддерживаться незатухающие колебания, частота которых равна резонансной частоте пластины 1 на пружине 2.Эта частота измеряется цифровым частотомером 7. По мере отложения на пластине 1 кокса или слоя пылевых частиц масса пластины возрастает и 45 резонансная частота колебательной системы пластина-пружина уменьшается. Изменение этой резонансной частоты фиксируется частотомером 7, установка которого выбирается равной часто те колебаний пластины 1 в начале работы, при отсутствии ее запыленности. Относительное отклонение частоты колебаний пластины 1 пропорционально удвоенному отношению массы отложений ЗО другие возмущения возбуждают в пластине 1 колебания, которые передаются пружине 2. Эти колебания фиксируются датчиком 3 перемещения, в обмотке которого появляется электрический сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний пластины 1, которыйиспользуется для дальнейшего возбуждения колебаний последней, Фазовращатель 8 сдвигает этот сигнал по фазе,после чего он усиливается усилителем 9 и БЬступает на ббмотку электромагнита 4, по которой начинает протекать ток, пропорциональный величине напряжения датчика 3 и, таким образом, колебания пластины 1 усиливаются. Сдвиг Фазы тока в обмотке элект ромагнита 4 относительно напряжениядатчика 3 подбирается таким, что замкнутая цепочка:. пластина 1 - датчик3 - Фазовращатель 8 - усилитель9 - электромагнит 4 - пластина 1 об- Щразует контур с положительнвй обратной связью. Коэффициент усиления разомкнутой системы подбирается таким,чтобы к массе пластины 1. Зная сечение пластины 1, ее массу и скорость потока, по измеренному результату можно подсчитать запыленность воздуха либо степень его загрязненности продуктами .сгорания.Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить достоверность результатов измерений и имеет большую эксплуатационную надежность, Это устройство можно использовать для контроля тех переходных режимов работы двигателя внутреннего сгорания, в. которых нарушаются режимы воздухоочистки и для оценки конструктивных мероприятий, направленных на устранение этих нарушений, что приведет к увеличению срока службы и повышению эксплуатационной надежности двигателей. Кроме того, устройство может быть использовано в качестве датчика-свидетеля при определении степени закоксованности воздушного. тракта двигателя вместо периодической разборки и осмотра узлов воздушной системы.Формула изобретенияУстройство для измерения запыленности газов, содержащее чувствительный элемент, расположенный на пути газового потока, возбудитель колеба" ний, датчик перемещения чувствительного элемента и измерительный узел, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности работы, устройство дополнительно содержит фазовращатель, электромагнит и усилитель, чувствительный элемент выполнен в виде стальной пластины, укрепленной на плоской пружине, при этом возбудитель колебаний совмещен с датчиком перемещения, который подключен ко входу Фазоаращателя, связанного своим выходом через усилитель с электромагнитом, причем последний и датчик перемещения расположены за пластиной по ходу .газового потока.ИсточниКи информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3561253,кл. 73-28, опублик. 1977.2. Заявка Франции Р 2243432,кл. 6 01 й 15/ОО, опублик. 1975(прототиг).817537 Составитель Е. МеллеТехред Ж. Кастелевич Редактор Ю. Ко рректор И, Коста аказ 1319/56 и "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Фил Тираж 907 ВНИИПИ Государс по делам изоб13035, Москва, ЖПодписноевенного комитета СССРетений и открытий5, Раушская наб д, 4/5