CZ24283U1 - Elektronický měřicí systém pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru pro testování motorů a pohonů - Google Patents

Description

Technické řešení se týká elektronického měřicího systému určeného k digitalizaci analogových signálů získaných při práci s dynamometrem.

Dosavadní stav techniky

Pro měření provozních charakteristik motorů se jako zkušební stroje používají motorové brzdy s dynamometry, které se vyrábějí odděleně, nebo jako jeden stroj. Motorové brzdy simulují zátěž, ke které by měl být motor připojen, a parametry motoru jsou sledovány dynamometrem.

Velice rozšířeným dynamometrem je typ VD 110/6 vyrobený ve VÚES Brno, Jedná se o starší typ měřicího stroje, který sleduje pouze točivý moment a otáčky testovaného motoru. Naměřené hodnoty z mechanických čidel dynamometru VD 110/6 obsluha v průběhu testu zaznamenává, ze získaných dat vytvoří povozní charakteristiky motoru a případně dále dopočítá metodou nepřímého měření další parametry. Nevýhodou takto prováděného měření je časová náročnost, kdy obsluha musí každý údaj z měřidel dynamometru ručně zaznamenat, přepsat do elektronické podoby a pak dopočítat. To ovlivňuje přesnost a kvalitu měření, neboť zkoušející má určité limity ve své rychlosti zaznamenávaní a v množství získaných dat v jednom provedeném měření.

V současnosti jsou vyráběny nové dynamometry, které mají ve své konstrukci zabudovanou výpočetní techniku, která disponuje ukládáním a zpracováním elektronických souborů dat z provedených měření, jako jsou například produkty firmy Land and Sea. Inc., avšak pořizovací cena těchto nových měřicích strojů je velice vysoká a mnoho stávajících pracovišť, které jsou vybaveny staršími typy dynamometrů, zůstává u starých typů dynamometrů z ekonomických důvodů. Navíc, většina moderních testovacích zařízení neumožňuje současné sledování velkého množství měřených veličin, pokud k zařízení není připojena specializovaná měřicí ústředna pro měření dalších veličin nezbytných k určování dalších důležitých parametrů motoru jako na např. určování měrné spotřeby při použití různých paliv, účinnosti pohonných jednotek, mezního oteplení apod. Tato ústředna dále zvyšuje pořizovací náklady na zařízení.

Úkolem technického řešení je vytvoření takového elektronického měřicího systému, který lze připojit ke starším typům dynamometrů, digitalizuje signály z měřidel dynamometru, rozšíří počet sledovaných parametrů při měření, umožní zautomatizovat průběh měření, bude levný, a odmontovatelný, aniž by poškodil měřicí schopnosti dynamometru. Systém by měl být schopen pracovat jako kompaktní jednotka, bez nutnosti připojování ke specializované měřicí ústředně.

Podstata technického řešení

Vytyčený úkol řeší elektronický měřicí systém pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru pro testování motorů a pohonů, zahrnující čidla pro měření jednotlivých parametrů a jednotku pro sběr a úpravu naměřených hodnot, která je propojena s řídicím počítačem, kde podstata technického řešení spočívá v tom, že řečenou jednotku tvoří samostatný adaptabilní měřicí modul obsahující tenzometrický snímač, který je na vstupu připojen k mechanickému čidlu dynamometru, a který je na výstupu připojen k přístrojovému zesilovači pro tenzometrický snímač.

Dále adaptabilní měřicí modul obsahuje alespoň jeden bezkontaktní optický snímač otáček, který je na výstupu připojen na vstup převodníku frekvence impulzů na napětí, který je spolu s přístrojovým zesilovačem pro tenzometrický snímač na výstupu připojen k přepínači analogových signálů, jehož výstup je přiveden na vstup A/D převodníku, jehož výstup je spojen přes vnitřní sběrnici s komunikačním adaptérem a ten je napojen na komunikační sběrnici, která je spojena s řídicím počítačem.

-1 CZ 24283 Ul

V dalším výhodném provedení je bezkontaktní optický snímač otáček opatřen zařízením pro nastavení počtu impulzů snímače za jednu otáčku. Tím je možno optimalizovat snímač pro lepší rozlišení různých rychlostí otáček.

Je výhodné když adaptabilní měřicí modul obsahuje alespoň jeden teplotní odporový můstek s linearizovanými čidly určený pro převod měřených parametrů, jako jsou teploty provozních kapalin a teploty strojních částí, na analogový signál, který je připojený na vstup přístrojového zesilovače pro teplotní odporový můstek, který je na výstupu připojen k přepínači analogových signálů, který je připojen na A/D převodník a ten je spojen vnitřní sběrnicí s komunikačním adaptérem a ten je napojen na komunikační sběrnici, která je spojena s řídicím počítačem. Z výsledných dat, lze pak například získat charakteristiku závislosti výkonu motoru na teplotě oleje.

Také je výhodné, pokud adaptabilní modul obsahuje alespoň jedno termočlánkové čidlo teploty pro měřené parametry výfukových plynů, které je na výstupu připojeno k přístrojovému zesilovači pro termočlánkové čidlo, jehož výstup je připojen k přepínači analogových signálů, který je připojen na A/D převodník a ten je spojen vnitřní sběrnicí s komunikačním adaptérem, který je napojen na komunikační sběrnici, která je spojena s řídicím počítačem. Termočlánkové čidlo odolá vysokým teplotám, proto je vhodné pro sledování teploty spalin.

Dále je výhodné, pokud adaptabilní měřicí modul obsahuje alespoň jeden obousměrný impulsní průtokoměr paliva, který je připojen k inkrementálním čítačům impulzů, které jsou připojeny k vnitřní sběrnici, která je připojena ke komunikačnímu adaptéru, který je spojen s řídicím počítačem přes komunikační sběrnici. To umožní sledovat aktuální, průměrnou, maximální a minimální spotřebu paliva v průběhu měření.

V neposlední řadě je výhodné, pokud je řídicí počítač spojen komunikační sběrnicí s komunikačním adaptérem, který je připojen na vnitřní sběrnici, která je připojena na vstup digitálního výstupu, který je prostřednictvím D/A převodníku s integrovaným zesilovačem připojen k buzení dynamometru. Řídicí počítač podle naprogramovaného postupu pro měření, odešle signál do adaptabilního modulu a ten z D/A převodníku s integrovaným zesilovačem řídí dynamometr přes buzení.

Elektronický měřicí systém pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru pro testování motorů a pohonů je vhodný k instalaci ke starším typům dynamometrů, které v době svého vzniku nebyly vybaveny zařízením pro digitalizaci naměřených hodnot a k rozšíření palety měřených parametrů při měření. To vše za mnohonásobně nižší cenu, než by stál nový měřicí stroj. Výhoda systému spočívá i v jeho schopnosti současného sledování velkého počtu měřených veličin, potřebných k určování všech přímých i nepřímých parametrů motoru, aniž by bylo nutno pořizovat specializovanou měřicí ústřednu.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, kde obr. 1 zobrazuje blokové schéma provedení elektronického měřicího systému.

Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší, či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Elektronický měřicí systém 29 pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru 2 pro testování motorů a pohonů se skládá z dynamometru 2, který je napojen na testovaný motor, nebo pohon, z adaptabilního měřicího modulu 1 a řídicího počítače 3.

— -2CZ 24283 Ul

Dynamometr 2 je měřicí přístroj, který je vybaven mechanickými měřidly, která zobrazují parametry motoru v průběhu testu, kdy se simuluje zatížení testovaného motoru, nebo pohonu.

Adaptabilní měřicí modul 1 je vybaven tenzometrickým snímačem 4, který se umístí na táhla mechanických čidel dynamometru 2, aniž by byla omezena jeho původní měřicí funkce. Elektrické signály vystupující z tenzometrického snímače 4 jsou přivedeny na vstup přístrojového zesilovače 5 pro tenzometrický snímač 4, kde jsou zesíleny a odvedeny na vstup přepínače 20 analogových signálů.

Dále je adaptabilní modul I vybaven bezkontaktním optickým snímačem 6 otáček pro oblast nízkých otáček a bezkontaktním optickým snímačem 8 pro oblast vysokých otáček, které snímají vrtané clony s různým počtem otvorů pro jednu otáčku.. Použitím dvou bezkontaktních optických snímačů otáček dojde ke zvýšení snímacího rozlišení adaptabilního měřicího modulu 1 a optimalizaci měření. Bezkontaktní optické snímače 6, 8 otáček jsou umístěny v dynamometru 2 tak, aniž by ovlivnili jeho vlastní měřicí funkci. Bezkontaktní optické snímače otáček 6, 8 jsou na výstupu připojeny k převodníkům 7, 2 frekvence impulzů snímačů otáček na napětí. Převodníky 7, 9 frekvence impulzů snímačů otáček 6, 8 jsou připojeny k přepínači 20 analogových signálů.

Adaptabilní měřicí modul 1 je vybaven termočlánkovým čidlem 10 teploty k měření teploty výfukových spalin testovaného motoru a jeho signál je přiveden na zesilovač 11 pro termočlánkové čidlo, který je z výstupu přiveden na přepínač 20 analogových signálů.

Dalšími čidly pro měření sledovaných teplot jsou teplotní odporový můstek 12 s linearizovanými čidly pro měření teploty oleje, který je připojen k přístrojovému zesilovači 13 pro teplotní odporový můstek 12, teplotní odporový můstek 14 s linearizovanými čidly pro měření teploty paliva, který je připojen k přístrojovému zesilovači 15 pro teplotní odporový můstek 14, teplotní odporový můstek 16 s linearizovanými čidly pro měření teploty vzduchu, který je připojen k přístrojovému zesilovači 17 pro teplotní odporový můstek 16 a teplotní odporový můstek 18 s linearizovanými čidly pro měření teploty statoru, který je připojen k přístrojovému zesilovači 19 pro teplotní odporový můstek 18. Výstupy všech zesilovačů 13, 15, 17 a 19 jsou připojeny k přepínači 20 analogových signálů.

Součástí adaptabilního měřicího modulu 1 je obousměrný impulsní průtokoměr 22 paliva, který je připojen inkrementálnímu čítači 23 impulsů a ten je připojen na vnitřní sběrnici 24, která tvoří spojení mezi A/D převodníkem 21, přepínačem analogových signálů 20, digitálním výstupem 28, inkrementálními čítači 23 a komunikačním adaptérem 25.

Adaptabilní měřicí modul 1 převede měřené neelektrické veličiny na elektrické a elektrické veličiny jsou z přepínače 20 analogových signálů přeneseny na vstup A/D převodníku 21, který je digitalizuje. Přenos všech digitalizovaných veličin probíhá přes vnitřní sběrnici 24 a komunikační adaptér 25, který je přes komunikační sběrnici 26 přenáší do řídicího počítače 3.

Řídicí počítač 3 může být osobní počítač řady PC, nebo průmyslový počítač řady PC.

Naprogramováním průběhu měření do řídicího počítače 3, je schopen adaptabilní modul 1 zprostředkovat řízení buzení dynamometru 2. Z řídicího počítače 3 se přes komunikační sběrnici 26 do komunikačního adaptéru 25 pošle informace o buzení dynamometru, z komunikačního adaptéru 25 se vnitřní sběrnicí 24 přivede na digitální výstup 28, který je napojen na D/A převodník 27 s integrovaným zesilovačem a výstup D/A převodníku 27 je připojen k samotnému dynamometru

2.

Průmyslová využitelnost

Elektronický měřicí systém pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru pro testování motorů a pohonů je vhodný do provozů, které jsou vybaveny staršími typy dynamometrů a nechtějí vydávat vysoké částky za nové zkušební stroje. Elektronický měřicí systém je mnohonásobně levnější a dá se použit na většinu starších typů dynamometrů.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Elektronický měřicí systém (29) pro digitalizaci signálů a rozšíření měřených veličin dynamometru (
2. 2) pro testování motorů a pohonů, zahrnující čidla pro měření jednotlivých parametrů a jednotku pro sběr a úpravu naměřených hodnot, která je propojena s řídicím počítačem (3) pro

   5 elektronické ukládání a zpracování dat, vyznačující se tím, že řečenou jednotku tvoří samostatný adaptabilní měřicí modul (1) obsahující tenzometrický snímač (4), který je na vstupu připojen k mechanickému čidlu dynamometru (2), a který je na výstupu připojen k přístrojovému zesilovači (5) pro tenzometrický snímač (4), a dále adaptabilní měřicí modul (1) obsahuje alespoň jeden bezkontaktní optický snímač (6) otáček, který je na výstupu připojen na vstup převodníku io (7) frekvence impulzů na napětí, který je spolu s přístrojovým zesilovačem (5) pro tenzometrický snímač (4) na výstupu připojen k přepínači (20) analogových signálů, jehož výstup je přiveden na vstup A/D převodníku (21), jehož výstup je spojen přes vnitřní sběrnici (24) s komunikačním adaptérem (25) a ten je napojen na komunikační sběrnici (26), která je spojena s řídicím počítačem (3).

   15 2. Elektronický měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že bezkontaktní optický snímač (6) je opatřen zařízením pro nastavení počtu impulzů snímače (6) za jednu otáčku.
3. 3. Elektronický měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že adaptabilní měřicí modul (1) dále obsahuje alespoň jeden teplotní odporový můstek (12) s linearizovanými

   20 čidly určený pro převod měřených parametrů, jako jsou teploty provozních kapalin a teploty strojních částí, na analogový signál, který je připojený na vstup přístrojového zesilovače (13) pro teplotní odporový můstek (12), který je na výstupu připojen k přepínači (20) analogových signálů, který je připojen na A/D převodník (21) a ten je spojen vnitřní sběrnicí (24) s komunikačním adaptérem (25), který je napojen na komunikační sběrnici (26), která je spojena s řídicím

   25 počítačem (3).
4. 4. Elektronický měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že adaptabilní měřicí modul (1) obsahuje alespoň jedno termočlánkové čidlo (10) teploty pro měřené parametry výfukových plynů, které je na výstupu připojeno k přístrojovému zesilovači (11) pro termočlánkové čidlo (10), jehož výstup je připojen k přepínači (20) analogových signálů, který je připojen

   30 na A/D převodník (21) a ten je spojen vnitřní sběrnicí (24) s komunikačním adaptérem (25), který je napojen na komunikační sběrnici (26), která je spojena s řídicím počítačem (3).
5. 5. Elektronický měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že adaptabilní měřicí modul (1) dále obsahuje alespoň jeden obousměrný impulsní průtokoměr (22) paliva, který je připojen k inkrementálním čítačům impulzů (23), které jsou připojeny k vnitřní sběrnici

   35 (24), která je připojena ke komunikačnímu adaptéru (25), který je spojen s řídicím počítačem (3) přes komunikační sběrnici (26).
6. 6. Elektronický měřicí systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí počítač je spojen komunikační sběrnicí (26) s komunikačním adaptérem (25), který je připojen na vnitřní sběrnici (24), která je připojena na vstup digitálního výstupu (28), který je prostřednictvím

   40 D/A převodníku (27) s integrovaným zesilovačem připojen k buzení dynamometru (2).