Устройство для одновременного измерения давления и скорости изменения давления в цилиндре поршневого двигателя внутреннего сгорания

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения быстропеременных давлений и скоростей изменения давлений с использованием пьезоэлектрического первичного измерительного преобразователя давления, и может быть использована в области поршневых двигателей внутреннего сгорания (ПДВС) при проведении прикладных исследований, разработке и реализации систем управления и систем диагностирования ПДВС.
Уровень техники
Известно устройство для индицирования двигателей внутреннего сгорания, позволяющее измерять избыточное давление в цилиндре ПДВС, содержащее пьезоэлектрический преобразователь с масштабной емкостью, электрометрический усилитель, ключ, снабженный управляющим входом, регистрирующий прибор (Патент СССР №1763918 А1, опубл. 23.09.1992, G01L 23/10).
К недостаткам данного устройства относится отсутствие возможности измерения скорости изменения давления в рабочем цилиндре ПДВС.
Известно устройство для измерения скорости изменения давления в цилиндре ПДВС, включающее в себя пьезоэлектрический преобразователь, установленный в крышку цилиндра, операционный усилитель с резистором в цепи отрицательной обратной связи, и повторителем напряжения для изоляции преобразователя тока в напряжение от прибора к которому он подключен (Патент Бразилии №PI0805147 В1, опубл. 12.06.2018, G01L 23/10).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности измерения избыточного давления в цилиндре ПДВС.
Наиболее близким к заявленной полезной модели и принятым в качестве прототипа является устройство для поочередного измерения избыточного давления в цилиндре ПДВС или измерения скорости измерения давления в цилиндре ПДВС, включающее в себя пьезоэлектрический первичный измерительный преобразователь, установленный в крышку цилиндра двигателя и поочередно подключаемые к нему, через коммутатор, преобразователь тока в напряжение или преобразователь заряда в напряжение, набор для сбора данных, персональный компьютер для хранения данных (Bueno, А.V., Velásquez, J.А., Milanez, L.F. A new engine indicating measurement procedure for combustion heat release analysis, 2009). Данное устройство позволяет поочередно измерять избыточное давление в цилиндре ПДВС или скорость изменения давления в цилиндре ПДВС.
К недостаткам данного устройства относится невозможность одновременного измерения избыточного давления и скорости изменения давления в цилиндре поршневого двигателя.
Раскрытие сущности полезной модели
Технической задачей, на решение которой направленна полезная модель, является одновременное измерение избыточного давления в цилиндре ПДВС и скорости изменения давления в цилиндре ПДВС с использованием одного пьезоэлектрического первичного измерительного преобразователя.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в устройстве для одновременного измерения избыточного давления и скорости изменения давления в цилиндре ПДВС, включающем первичный пьезоэлектрический измерительный преобразователь 1, преобразователь тока в напряжение 2, модуль интегрирования 3, аналого-цифровой преобразователь 4, систему обработки и хранения данных 5, согласно полезной модели сигнал с выводов первичного пьезоэлектрического измерительного преобразователя 1 в аналого-цифровой преобразователь 4 поступает одновременно по двум измерительным каналам, первый измерительный канал подключен к входу Д аналого-цифрового преобразователя 4 и включает в себя преобразователь тока в напряжение 2, второй измерительный канал подключен к входу Е аналого-цифрового преобразователя 4 и включает в себя преобразователь тока в напряжение 2 и последовательно соединенный модуль интегрирования 3.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана блок-схема устройства для одновременного измерения давления и скорости изменения давления в цилиндре ПДВС.
Цифрами на фиг. 1 обозначены
1 - первичный пьезоэлектрический измерительный преобразователь;
2 - преобразователь тока в напряжение;
3 - модуль интегрирования;
4 - аналого-цифровой преобразователь;
5 - система обработки и хранения данных.
На фиг. 2 в качестве примера представлены временные реализации параметров в характерных местах устройства для одновременного измерения давления и скорости изменения давления в цилиндре ПДВС.
Буквами на фиг. 2 обозначены
а - временная реализация термодинамического параметра давление в цилиндре ПДВС;
б - временная реализация электрического параметра сила тока на выходе первичного пьезоэлектрического измерительного преобразователя;
в - временная реализация электрического параметра напряжение на выходе преобразователя тока в напряжение;
г - временная реализация электрического параметра напряжение на выходе из модуля интегрирования.
Осуществление полезной модели
Как показано на фиг. 1, устройство для одновременного измерения давления и скорости изменения давления в цилиндре ПДВС содержит первичный пьезоэлектрический измерительный преобразователь 1, преобразователь тока в напряжение 2, модуль интегрирования 3, аналого-цифровой преобразователь 4, систему обработки и хранения данных 5. В результате воздействия переменного давления на первичный пьезоэлектрический измерительный преобразователь 1, на его выводах возникает токовый сигнал пропорциональный скорости изменения давления в цилиндре ПДВС. Сигнал с выводов первичного пьезоэлектрического измерительного преобразователя 1 поступает на вход преобразователя тока в напряжение 2, в котором токовый сигнал преобразуется в напряжение и приводится к требуемому уровню. Сигнал с выхода преобразователя тока в напряжение 2 одновременно поступает на вход модуля интегрирования 3 и вход Д аналого-цифрового преобразователя 4. В модуле интегрирования 3 сигнал интегрируется и приводится к нужному уровню. Сигнал с выхода модуля интегрирования поступает на вход Е аналого-цифрового преобразователя 4. Аналого-цифровой преобразователь 4 выполняет функцию преобразования аналоговых сигналов поступающих от преобразователя тока в напряжение 2 и модуля интегрирования 3 в цифровой сигнал с требуемой частотой дискретизации. Затем оцифрованный сигнал передается в систему обработки и хранения данных 5.
Ниже приведен пример реализации полезной модели.
В цилиндре ПДВС избыточное давление изменяется, как показано на фиг. 2 а, в результате чего на выводах первичного пьезоэлектрического преобразователя 1 возникнет токовый сигнал пропорциональный скорости изменения давления как показано на фиг. 26. Для получения сигнала с уровнем достаточным для дальнейшего использования токовый сигнал необходимо привести к требуемому уровню. Для этого он подается на преобразователь тока в напряжение 2, после которого сигнал остается пропорциональным скорости изменения давления в цилиндре ПДВС, имеет достаточный уровень, как показано на фиг. 2в, и может быть использован в аналого-цифровом преобразователе 4 и системе обработки и хранения данных. Для получения сигнала, пропорционального величине избыточного давления в цилиндре ПДВС, сигнал с преобразователя тока в напряжение 2, как показано на Фиг. 2в, подается на модуль интегрирования 3, после которого имеет вид, как показано на Фиг. 2г, и может быть использован в аналого-цифровом преобразователе 4 и системе обработки и хранения данных 5.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет одновременно измерять избыточное давление и скорость изменения давления в цилиндре с использованием одного первичного измерительного пьезоэлектрического преобразователя.