Устройство для регистрации индикаторных диаграмм поршневых машин

 

Изобретение относится к системам и приборам индицирования поршневых машин и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования их параметров. Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности индицирования машин объемного действия. Для этого сигналы с датчиков давления поступают через усилители и через ключи, которые управляются синхронизатором, на входы сумматора. Сигнал с выхода последнего поступает через амплитудный и временный селекторы, умножитель и интегратор на вход регистратора. Переключатель связан через коммутатор с телевизионным индикатором, который соединен также с датчиками верхней и нижней мертвых точек. Формирователь импульсов связан с функциональным преобразователем угла поворота вала, коммутатор - с генератором импульсов. 5 ил.

СОЮЗ COSETGHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

ПРИ УНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИД=ТЕЛЬГГВУ (у )< G 01 Е 23/08 (21) 4615461/24-10 (22) 05.12.88 (46) 07.10.90. Бюл, N - 37 (71) Омский политехнический институт (72) А.И.Одинец, А.П ° Болштянский, В,Е.Щерба и С,Г.Миронов (53) 53 1.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1144012, кл. С 01 L 23/08, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ ПОРШНЕВЫХ

МАШИН (57) Изобретение относится к системам и приборам индицирования поршневых машин и может быть использовано в системах автоматического контроля и

Изобретение относится к системам и приборам индицирования машин объемного действия, в том числе и поршневых, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования их параметров.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет одновременной обработки информации с нескольких датчиков давления.

Становится возможной регистрация индикаторных диаграмм не только поршневых машин, но и машин объемного действия ротационного типа, а также газовых холодильных машин, работающих по циклу Стирлинга.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2-4 — раз2 регулирования их параметров. Цель изобретения — расширение области применения за счет воэможности индицирования машин объемного действия.

Для этого сигналы с датчиков давления поступают через усилители и через ключи, ко-орые управляются синхрони-. затором, на входы сумматора. Сигнал с выхода последнего поступает через амплитудный и временной селекторы, умножитель и интегратор на вход регистратора. Переключатель связан через коммутатор с телевизионным индикатором, который соединен также с датчиком верхней и нижней мертвых точек. Формирователь импульсов связан с функциональным преобразовате- @ лем угла поворота вала, коммутатор с генератором импульсов. 5 ил. вернутые схемы амплитудного селекто1 ра, синхронизатора и временного селектора соответственно; на фиг.5 диаграмма выходных напряжений, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит функциональный преобразователь 1 угла поворота вала, связанный с ним формирователь

2 импульсов, датчик 3 верхней мертвой точки (БМТ), датчик 4 нижней мертвой точки (НМТ), телевизионный индикатор 5, коммутатор 6, связанный с нии генератор 7 импульсов, переключатель 8, синхронизатор 9, первую цепь иэ последовательно соединенных сумматора 10, амплнтудйсгс селектора

11, временного селектора ". 2, умножителя 13, второй вход кстсрсгс под1597634 ключен к выходу функционального преобразователя 1, интегратора 14 и регистратора 15, вторую цепь иэ последовательно соединенных первогс датчика 16 давления, первого усилителя 17, первого ключа 18, выход которого связан с первым входом сумматора 10, третью цепь из последовательно соединенных второго датчика 19 давления, второго усилителя 20, второго ключа

21, выход которого подключен к второму входу сумматора 10, четвертую цепь иэ последовательно соединенных третьего датчика 22 давления, третье=о усилителя 23, третьего ключа 24, выход которого связан с третьим входом сумматора 10, пятую цепь из последовательно соединенных четвертого датчика 25 давления, четвертого усилителя 26, четвертого ключа 27, выход которого связан с четвертым входом сумматора 10, причем управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей 18, 21, 24 и 27 подключены к соответствующим выходам синхронизатора 9, первый и второй входы которого соединены с выходами датчика 3 BMT и формирователя 2 импульсов, выходы первого, второго, третьего и четвертого усилителей ,7, 20, 23 и 26 связаны с соответствующими входами переключателя 8, первый и второй входы коммутатора 6 подключены соответственно к выходам переключателя 8 и временного селектора 12, а первый, второй, третий, четвертый и пятый входы телевизионного индикатора 5 соединены соответственно с выходами коммутатора

6, формирователя 2 импульсов, датчика 3 BMT датчика 4 HMT и вторым входом амплитудного селектора 11. В состав телевизионного индикатора 5 входят электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) 28, модулятор 29 яркости, блок

30 горизонтальной шаговой развертки и блок 31 вертикальной развертки.

Первый, второй и третий входы ЭЛТ 28 подключены соответственно с выходами модулятора 29 яркости, блока 30. гориэонтальной шаговой развертки и блока 31 вертикальной развертки. Первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами телевизионного индикатора 5 являются соответственно вход.

1 блока 31 вертикальной развертки, пер вый, второй и третий входы блока 30 горизонтальной шаговой развертки и l5

55 вход модулятора 29 яркости.

В состав амплИтудного селектора

11 (фиг.2) входят ограничитель 32, компаратор 33 и блок 34 опорных напряжений, причем первый и второй выходы блока 34 опорных напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами ограничителя 32 и компаратора 33, а третий вход компаратора

33 подключен к выходу ограничителя 32, Входом, а, также первым и вторым выходами амплитудного селектора 11 являются соответственно третий вход ограничителя 32, выход ограничителя

32 и выход компаратора 33. В состав синхронизатора 9 (фиг.3) входят дешифратор 35, связанный с ним первый делитель 36 и цепь из последовательно соединенных второго делителя 37 и триггера 38, выход которого подключен к второму входу дешифратора 35, Первым и вторым входами, а также первым, вторым, третьим и четвертым выходами синхронизатора 9 являются соответственно соединенные между собой входы первого делителя 36 и триггера 38, вход второго делителя 37, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора 35. В состав временного селектора 12 (фиг.4) входят схема 39 совпадения, первый 40 и второй 41 блоки сравнения, которые подключены соответственно к первому и второму входам схемы 39 совпадения, первый блок 42 памяти, счетчик 43. числа циклов, второй блок 44 памяти и измеритель 45 угла поворота вала.

Выходы первого блока 42 памяти и счетчика 43 числа циклов соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока 40 сравнения, выходы второго блока 44 памяти и измерители 45 угла поворота вала связаны соответственно с первым и вторым входами второго блока 4 1 сравнения.

Вход счетчика 43 числа циклов и первый вход измерителя 45 угла поворота вала связаны между собой. Первым, вторым и третьим входами временного селектора 12 являются соответственно третий вход схемы 39 совпадения, первый и второй входы измерителя 45 угла поворота вала, а выходом временного селектора 12 является выход схемы 39 Совпадения.

Функциональный преобразователь 1 представляет собой генератор импуль" сов различной длительности и выполi59763 нен аналогично фотоэлектрическому

1 преобразователю считывания. В его состав входит кодированный диск, блок облучения, фотоприемники и усилители, Принцип работы фотоэлектрического

Функционального преобразователя заключается в следующем. На валу машины объемного действия, угловое положение вала которой преобразуется в код, жестко закреплен кодированный диск, который представляет собой стеклянное основание с нанесенной на него маской — кодовой дорожкой с равнорасположенными прозрачными и непрозрачными для лучистого потока сегментами. Ширина сегментов отображает дискретное значение функшги р (г ), которая связана с углом (p поворота вала механизма. В момент съема информации луч света, проходя сквозь прозрачные сегменты кодовой дорожки диска, освещает фотоприемник, Сигнал с выхода фотоприемника поступает на усилитель.

Таким образом, длительность импульсов с выхода усилителя отображет дискретные значения функции р(г ).

Датчики 3 ВМТ и 4 HMT выполнены на базе описанного выше фотоэлектрического преобразователя счи г ывания.

На двух дополнительных кодовых дорожках диска имеется по одному прозрачному сегменту. Луч света с блока облучения, проходя через прозрачные сегменты второй и третьей кодовых дорожек, освещает соответствующие фотоприемники, каждый из.которых связан с усилителем. Выходы усилителей являются соответственно выходами датчиков 3 BMT z> 4 НМТ.

Принцип действия блока 30 горизонтальной шаговой развертки заключается в следующем. На входы этого блока поступают сигналы от датчиков

3 и 4 и с выхода формирователя 2.

Выходной сигнал блока 30 горизонтальной шаговой развертки — ступенчатое линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) — поступает на отклоняющую систему телевизионного индикатора 5 и осуществляет горизонтальное перемещение электронного луча. Количество элементов разложения по горизонтали определяется числом импульсов, поступающих с выхода функционального преобразователя 1 за один оборот вала механизма привода, В резуль тате этого на экране ЭЛТ формируется ч

I0

l5

3Î

45 изображение замкнутой индикаторной диаграммы, которое остается устойчивым независимо от числа оборотов вала машины объемного действия.

Блок 30 горизонтальной шаговой развертки функционирует как цифровой генератор ступенчатого ЛИН, работающий в ждущем режиме. В состав блока 30 входят последовательно соединенные двоичный счетчик на микросхемах К155ИЕ9 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) на базе микросхемы К572ПА1. Ступенчатое ЛИН формируется при помощи ЦАП, на вход которого поступает линейно изменяющееся во времени число. Для получения такого числа на счетный вход счетчика подаются сигналы с выхода формирователя 2 импульсов. На вход сброса этого счетчика поступают через делитель на два импульсы с выхода датчика 3 БМТ. (Если цикл работы машины объемного действия не равен двум оборотам вала, то коэффициенты деления делителя и связи счетчика с датчиками 3 ВМТ и 4 HNT иные).

При работе машины объемного дейст. вия мгновенное значение давления

P „(с ) газов в цилиндре преобразуется датчиком 1 давления в соответствующее электрическое напряжение, которое усиливается, ограничивается по уровням в амплитудном селекторе, стробируется временным селектором 12 и поступает на первый вход умножителя 13, На второй вход умножителя 13 поступает сигнал с выхода функционального преобразова -еля 1, пропорциональный функции y (q). Эта функция связывает смещение рабочего органа от верхней мертвой точки с углом поворота вала механизма привода машины. Сигнал

Р,(p) p (p) с выхода умножителя 13 поступает на интегратор 14, выходное напряжение которого отображает индикаторную работу давления за один кл ци л

ff

Р = — — 3 P (q) р(Ч) а

2

-(Временное стробирование и ограничение сигнала, пропорционального давлению газов в цилиндре, а также использование нескольких датчиков давления, позволяет измерить среднее индикаторное давление по нескольким циклам, среднее индикаТорное давление любого цикла с момента включения

1597634 машины или последовательности циклов, например, 1,5,10,15..., среднее индикаторное давление части цикла, например, во время сжатия, расширен .я, начала (конца) времени сжатия или расширения и т.д.; среднее индикаторное давление любого цикла или его части, заключенного между (выше или ниже) уровнями ограничителя; построить индикаторную диаграмму цикла или ее части с определением работы, совершенной газом или сообщенной газу; определить указанные выше пара-. метры цикла, происходящего последовательно в нескольких рабочих полостях, через которые проходит газ за один цикл, а также параметры цикла, происходящего в перемещающихся рабочих полостях эа один цикл.

Устройство работает следующим образом..

Сигналы с выходов датчиков 16, 19, 22 и 25 давления усиливаются усилителями 17, 20, 23 и 26 и поступают через ключи 18, 21, 24 и 27 на вход сумматора 10. Ключи 18, 21, 24 и 27 управляются синхронизатором 9 так, что к входам сумматора 10 в течение цикла работы поршневой машины подключаются или последовательно выходы каждого иэ датчиков давления, или выход одного из них. Рассмотрим случай, когда на первый вход сумматора

10 поступает сигнал только с первого датчика 16 давления в течение цикла работы машины .объемного действия. (Первый ключ 18 открыт, а ключи 21, 24 и 27 закрыты) .

Сигнал с выхода сумматора 10 поступает на амплитудный селектор 11.

Основным звеном амплитудного селектора 11 является двусторонний огра-. ничитель 32, на управляющие входы которого подаются с выходов блока 34 опорных напряжений опорные напряжения

Б„ и U . В зависимости от режима работы ограничителя 32 происходит выделение сигнала, амплитуда которого выше (ниже) одного из опорных уровней или заключена между ними. Выходной сигнал ограничителя 32 поступает на компаратор 33, который формирует импульс в момент совпадения входного сигнала с одним из опорных уровней.

Этот импульс поступает на вход модулятора 29 яркости телевизионного ин-. дикатора 5 для отображения на индикаторной диаграмме уровней U и U

55 ограничения, которые, устанавливаются оператором. С выхода амплитудного селектора 11 сигнал, несущий информацию о мг,овенном значении давления, поступает на первый вход временного селектора 12. На второй и третий входы временного селектора 12 поступают сигналы с датчика 3 ВМТ и формирователя 2 импульсов, связанного с функциональным преобразователем 1.

Функциональный преобразователь 1 связан с валом механизма привода машины и представляет собой генератор импульсов различной длительности. Длительность импульсов отображает дискретные значения функции p(cp), их число определяется требуемой, точностью измерения.

На входы схемы 39 совпадения временного селектора 12 поступают три. сигнала: сигнал с выхода амплитудного селектора 11, несущий информацию о мгновенном значении давления;. прямоугольный импульс, совпадающий по времени с выбранным оператором циклом; прямоугольный импульс, совпадающий по времени с выбранной операгором частью цикла. Эти импульсы формируются временным селектором 12 иэ поступающих на его входы сигналов от датчика 3 BMT и от формирователя

2 импульсов. Временной селектор 12 осуществляет временное стробирование сигнала, несущего информацию о мгновенном значении давления. Сигнал с выхода временного селектора 12 поступает на первый вход умножителя 13.

На второй вход последнего поступает сигнал с выхода функционального генератора 1. Сигнал с выхода умножителя 13 поступает на интегратор 14, выходное напряжение которого отображает индикаторное давление и регистрируется регистратором 15. Одновременно с этим на телевизионном индикаторе 5 отображается индикаторная диаграмма (эаштрихованная область Д) — зависимость давления газов, воздействующих на первый датчик 16 от угла р поворота вала машины. С этой целью на входы телевизионного индикатора 5 поступают сигналы с выхода формирователя 2 импульсов, несущие информацию об угловом перемещении вала машины и сигналы с датчиков 3 BMT и 4 НМТ соответственно. В результате этого осуществляется горизонтальное перемещение элек9 159 тронного луча ЭЛТ 28 с шагом, пропорциональным угловому перемещению вала машины. Начало развертки совпадает с моментом прохождения рабочerо органа верхней мертвой точки, а ее конец — с концом цикла. (На фиг.1 представлен случай, когда цикл осуществляется за два оборота вала) . На вход усилителя 31 вертикального отклонения поступает мгновенное значение давленияР, ((p) газов в рабочей полости машины, а на вход модулятора 29 яркости электронного луча ЭЛТ индикатора 5 — сигналы о моментах совпадения сигнала Р, (q) с опорными уровнями U, и 1» . Таким образом, на экране ЭЛТ формируются последовательно цикл за циклом изображение замкнутой индикаторной диаграммы, а также отметки о положении нижней и верхней мертвых точек и опорных уровней U„ и Uq, Устройство осуществляет регистра— цию суммарной индикаторной диаграммы.

Для этого s зависимости от угла поворота вала машины на вход сумматора 10 подключается с помощью ключей

18, 21, 24 и 27 один из датчиков 16, 19, 22 и 25 давления. Управление ключами 18, 21, 24 и 27 осуществляется синхронизатором 9. Для этого на первый и второй входы синхронизатора

9 поступают импульсы U 5 и U (фиг.5) с выходов датчика 3 BMT и формирователя 2 импульсов. Эти импульсы несут информацию, соответствующую моменту прохождения рабочим органом верхней мертвой точки и углу поворота вала машины. На выходе первого делителя

36 формируется сигнал, форма которого представлена на диаграмме U< (фиг.5). В момент времени t, формируется импульс на выходе второго делителя 37, который поступает íà Sвход RS-триггера 38. Сигналы с выходов первого делителя 36 и триггера

38 поступают, на входы дешифратора

35, на четырех выходах которого формируются импульсы, представленные на диаграммах U, U, U и Н

Моменты и t, времени совпадают с передним фронтом импульсов U> с выхода датчика 3 BMT. Моменты и

t времени определяются коэффициентом деления второго делителя 37; который устанавливается оператором в зависимости от требуемого времени

7634

10 подключения двтчиков 16, 19, кк и ко давления к сумматору 10.

На фиг.1 изображен случай, когда

5 длительность цикла работы машины объемного действия равна двум оборотам вала; когда начало цикла совпадает с верхней мертвой точкой; когда суммарной индикаторной диаграмме соответствует замкнутая кривая А-Б-Вà — А и когда последовательность регистрации индикаторного давления следующая:

15 4 Ч т (q ) Pã,(CP) 3 (9

Р (y)

Процесс измерения суммарной инди2О каторной диаграммы осуществляется с .помощью умножителя 13 и интегратора

14 и отличается от описанного выше тем, что на вход умножителя 13 и интегратора 14 за один цикл поступает

25 сигнал не от одного датчика давления, а последовательно от четырех. Устройство осуществляет также измерение части индикаторной диаграммы (на фиг.1 заштрихованная область Е), 30 ограниченной отметками по углам (1 и < поворота вала машины и уровнями

U> и U2 ограничения, Уровни ограничения U u U и угловое положение и <р устанавливаются оператором.

Одновременно с регистрацией суммарной индикаторной диаграммы устройство формирует на экране ЭЛТ одну нз четырех индикаторных диаграмм, соответствующую изменению давления Р т»

40 Р, Р> или Р от угла поворота вала поршневой машины. Для этого на вход коммутатора поступает сигнал U с выхода временного селектора 12 и cur i нал UI пропорциональный давлению, 45 например, Р . (HoMep включенного канала переключателя,8 устанавливается оператором), Таким образом, на экране ЭЛТ 28 формируется суммарная индикаторная диаграмма — замкнутая кривая A-Б-В-Г-А и индикаторная диаграмма в первой полости машины — замкнутая кривая К-Б-В-К, Технико-экономическая. эффективность устройства состоит в том, что появляется возможность достоверного измерения, регистрации процессов и управления ими в машинах объемного действия, в которых рабочая полость не имеет стационарного положе1597634 ния относительно корпуса, — винтовых, с катящимся ротором, ротационно-пластинчатых, центробежных, газовых холодильных машин, работающих по циклу

С тирли нг а .

Формула и э обр ет ения

Устройство, для регистрации индикаторных диаграмм поршневых машин, содержащее электронно-лучевую трубку с блоками горизонтальной и вертикальной развертки и модулятором Hp кости, соединеннЫм с амплитудным селектором, датчик верхней мертвой точки (ВМТ), датчик нижней мертвой точки (HMT) формирователь импульсов, выходы которых подключены к трем входам блока горизонтальной раз20 вертки, функциональный преобразователь угла поворота вала, соединенный с входом формирователя импульсов и первым входом умножителя, подключенного выходом через интегратор к ре- 25 гистратору, временной селектор, первым входом соединенный с амплитудным селектором, вторым входом с датчиком

АИТ, третьим входом — с выходом формирователя импульсов, а выходом— с вторым входом умножителя, и первыи датчик давления с первым усилителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены три дополнительных датчика д--:гления с соответствующими вторым, третьим и четвертым усилителями, четыре ключа, сумматор с четырьмя входами, синхронизатор с двумя входами и четырьмя выходами, переключатель с четырьмя входами, коммутатор с тремя входами и генератор импульсов, при этом выходы усилителей соответственно через первый второй

Ф Э третий и четвертый ключи присоединены к соответствующим входам сумматора, выход которого соединен с входом амплитудного селектора, первый, второй, третий и четвертый выходы синхронизатора подключены к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключей, а первый и второй входы синхронизатора соединены соответственно с выходами датчика BMT u формирователя импульсов, выход каж-. дого усилителя связан также с соответствующим входом переключателя, первый, второй и третий входы коммутатора соединены соответственно с выходами переключателя, временного селектора и генератора импульсов, а выход коммутатора подключен к выходу блока вертикальной развертки. 597634

159 7634

Составитель И.Невский

Техред М.Ходанич Корректор О.Ципле

Редактор Е.Папп

Заказ 3044 Тираж 468 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 10 1 б