книги из ГПНТБ / Руководство по испытаниям двигателей боевых и транспортных машин

изменение емкости, изменение, сопротивления, фотоэффект и т. п. Несмотря на различие принципов действия, все их можно разде­ лить на следующие элементы:

— преобразователь или датчик— элемент, на который непо­ средственно воздействует измеряемая величина и который преоб­ разует давление в соответствующий сигнал;

— усилитель или измерительная цепь — элемент, выполняю­

чину сигнала, выходящего из усилителя или измерительной цепи. К числу достоинств электрических индикаторов относятся:

— возможность регистрации процессов, совершающихся

сбольшими частотами;

—возможность одновременной записи на одной ленте не­ скольких величин, характеризующих данный процесс;

—возможность дистанционных измерений;

—малые размеры чувствительных элементов и широкие возможности размещения их на двигателях.

Электрические индикаторы являются единственными индика­ торами, которые позволяют записывать индикаторные диаграммы для каждого из циклов в отдельности.

В зависимости от типа преобразователей электрические инди­ каторы могут быть пьезоэлектрическими, емкостными, омически­

основано на использовании так называемого пьезоэффекта — спо­ собности кристаллов некоторых веществ, например, кварца, тур­ малина, сегнетовой соли, титаната бария и др., создавать на по­ верхностях своих граней заряды при сжатии или растяжении кри­ сталла в определенных направлениях.

Для индицирования двигателей внутреннего сгорания лучше всего подходит кварц, который обладает большой механической прочностью, хорошими изоляционными качествами и сохраняет свои пьезоэлектрические свойства до температур порядка 450 °С

идаже выше.

Вдатчиках пьезоэлектрических индикаторов чувствительный элемент выполняется чаще всего из двух и лишь в некоторых

ка повышенной чувствительности, используемого для индициро­ вания карбюраторных двигателей. Чувствительный элемент его собран из двух кварцевых пластин 8 диаметром 10 мм, толщиной 4 мм. Пластины, с целью предохранения их от загрязнения и вла­ ги, помещаются в специальном стакане 11. Между пластинами,

7 2

обращенными друг к другу гранями, на которых при сжатии воз­ никает отрицательный потенциал, устанавливается стальная пла­

двигателя.

Для обеспечения линейно­ сти характеристики чувстви­ тельный элемент подвергается предварительному сжатию сильной цилиндрической пру­ жиной 10. Во избежание пере­ грева датчик снабжается ру­ башкой охлаждения 2 и водо­ отводящими и водоподводящи­ ми трубками 5. Повышенная чувствительность датчика обес­ печивается за счет диафрагмы 14, диаметр которой 25 мм.

Особенностью пьезоэлек­ трических индикаторов являет­ ся необходимость измерения возникающих в чувствитель­ ном элементе электрических зарядов таким образом, что­ бы они не расходовались. Это достигается использованием электронных вольтметров с электрометрическими лампами.

заряжает кондесатор 3 и сет­ ку лампы 4 до некоторого отрицательного потенциала, определяе­

ный ток электрометрической лампы 4. Если в анодную цепь лампы

7&

включить гальванометр, то изменения его показании будут пропор­

лампа 6 усилительного каскада, на сетку которой подается на­ пряжение, снимаемое с сопротивления 5. В анодную цепь лам­ пы 6 включается вибратор 9 осциллографа. Параллельно вибра­ тору через регулируемое сопротивление 7 подключена батарея 8 для компенсации нулевого тока усилителя.

Рис. 47. Принципиальная схема пьезоэлектрического индикатора.

Конденсатор 3 называется масштабным. Изменением его ем­

Однако при этом следует учитывать, что при уменьшении емко­ сти конденсатора, наряду с повышением чувствительности инди­ катора, увеличиваются также погрешность от стекания заряда и усиливается чувствительность индикатора к внешним помехам. Поэтому, если возможно, чувствительность индикатора следует изменять другими путями, например, за счет конструкции преоб­ разователя.

Особые требования в пьезоэлектрических усилителях предъяв­ ляются к лампам входного каскада. Для измерения потенциала без расходования и утечек заряда лампа 4 должна иметь очень хорошую изоляцию управляющей сетки , и очень малый сеточный ток. Этим требованиям удовлетворяют электрометрические лампы, например, лампа 1Э1П. Обладая высоким входным сопро­ тивлением, эти лампы работают при низком анодном напряжении (5—10 в), вследствие чего в них не наступает ионизации газов, являющейся основной причиной сеточных токов. Кроме того, сла­ бый накал катода в этих лампах предотвращает нагрев сетки и предупреждает возникновение в ней термоэлектронной эмиссии.

74

датчиком и усилителем, функции которого выполняются лам­ пой 6 второго каскада.

В целях обеспечения стабильной и устойчивой работы, очень жесткие требования в пьезоэлектрических индикаторах предъяв­ ляются к постоянству напряжения всех источников питания. Для выполнения этих требований обычно и электрометрические, и уси­ лительные, каскады имеют свои отдельные электронные стабили­ заторы напряжения (на рис. 47 они условно заменены источни­ ками постоянного тока).

Работа индикаторов в значительной степени зависит от со­ стояния датчика, масштабного конденсатора, соединительного кабеля. Изоляция этих элементов должна быть высококачествен­

зависимости от величины действующего давления на датчик. Из уравнения с

•следует, что принципиально емкость датчика С сможет изменять­ ся за счет площади его пластин 5, расстояния между ними d

идиэлектрической постоянной е.

Вдатчиках для измерения давлений в двигателях внутреннего сгорания, в том числе и для индицирования, обычно изменяется расстояние между пластинами. При этом, чтобы получить линей­ ную зависимость между действующим давлением и изменением емкости, применяют малые зазоры и соответственно малые пере­ мещения мембраны.

Для устранения температурного влияния, что является одним

катора на рис. 48, а показан датчик, который используется для записи процессов наполнения и выпуска в цилиндрах двигателей и для измерения давления во впускном и выпускном трубопро­ водах.

Роль подвижной пластины в этом датчике выполняет мембра­

движной и неподвижной пластиной осуществляется путем уста­ новки прокладок необходимой толщины между диафрагмой 3

7 5

и корпусом неподвижной пластины 5. Датчик снабжен развитой' системой охлаждения и пробковым краном 15, при помощи кото­ рого он отключается от цилиндров двигателя между замерами.

Рис. 48. Емкостной датчик для измерения малых давлений:

а —конструкция датчика; б —электрическая схема датчика; 7—ру­ башка охлаждения; 2—корпус; «3—подвижная пластина (мем­ брана); 4—центральный вывод; 5—корпус неподвижной пла­ стины; б—накидная гайка для крепления кабеля; 7—соединитель­ ные кабели к усилителю; 8—выносной мост датчика; Р—кабель для соединения датчика с выносным мостом; 10 и 77—изоляцион­ ные кольца неподвижной пластины; 12—неподвижная пластина; 18—уплотнительное кольцо; 14—рубашка охлаждения верхнего пояса; 15—пробковый кран; 76—штуцер системы охлаждения; 77—сопротивление 30 ком\ 18—подстроечный конденсатор; 79—катушка трансформатора; 20—датчик; 21—соединительные

кабели.

76

емкостей 19 и 20, одной из которых является датчик. Два другие

чика 19, напряжение на входе в усилитель изменяется в пределах от нуля до 0,2 в. Этот сигнал слишком слаб, чтобы воздейство­ вать на регистрирующий прибор, поэтому он усиливается в двух-

ное напряжение подается на оконечный каскад усилителя и уси­ ливается, вызывая изменения анодного тока на выходе (ШЛ или тА) в пределах от 0 до 30 мма. Этот ток регистрируется вибра­ тором осциллографа в качестве величины, по которой исследуется изучаемый процесс.

7 7

ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Рассмотренные выше типы индикаторов позволяют снимать индикаторные диаграммы за один цикл работы двигателя. Од­ нако при помощи этих приборов трудно получить достаточно на­ дежные данные об изменении давления вследствие инерции подвижных частей в механических системах или сложности осу­ ществления стабильной динамической градуировки электронных систем.

В ряде случаев полезно иметь индикаторную диаграмму, яв­ ляющуюся средней за определенный промежуток времени. Такие диаграммы могут быть записаны при помощи точечных стробо­ скопических индикаторов, регистрирующих отдельные точки, при­ надлежащие большому числу последовательных циклов.

Существует несколько систем стробоскопических индикаторов, но практическое применение получили только электропневматические, основным преимуществом ко­ торых является существенное умень­ шение влияния инерции подвижных частей. Кроме того, снятие диа­ грамм здесь происходит в условиях постоянного сравнения давления в цилиндре двигателя с медленно ме­ няющимся и точно измеряемым контрольным давлением в пневмати­ ческой системе. Это обеспечивает до­ статочно надежную и стабильную градуировку диаграмм и повышает

точность индицирования. Электропневматический индика­

тор состоит из чувствительного эле­ мента (датчика), пневматической системы, электрической системы

ирегистрирующего устройства. Датчики электропневматических

пневмосистемы через штуцер 1.

В пневматическую систему индикатора (рис. 51) входят: баллон 20 со сжатым воздухом, пульт управления 1, вакуумный насос 17 для создания малых давлений или разрежений и соеди­ нительные трубопроводы.

Электрическая система индикатора в простейшем варианте может состоять из источника питания, индукционной катушки

78

автомобильного типа и конденсатора. В более точных индикато­ рах применяется тиратронное реле 9.

Регистрирующее устройство представляет собой барабан 13, который соединяется с коленчатым валом двигателя при помощи специальной муфты. На барабане укрепляется особая электротер­ мическая бумага. Измеритель давления регистрирующего устрой­ ства состоит из цилиндра с плунжером 14, измерительной пружи­

рованный от массы и при помощи шины 10 соединенный с вто­ ричной обмоткой индукционной катушки тиратронного реле 9.

Работает индикатор следующим образом. При помощи рас­

перемещаются в такое положение, когда сила натяжения измери­ тельных пружин 23 уравновешивает силу давления на плунжер.

При работе двигателя давление в его цилиндрах непрерывно меняется. Если при повышении давления в цилиндре в ходе сжа­

Этот импульс передается в тиратронное реле, в результате сра­ батывания которого между изолированным штифтом 12 и барабаном 13 проскочит искра и пробьет отверстие в бумаге, укрепленной на барабане. То же самое произойдет во время расширения, когда давление в цилиндре в определенный момент сравняется с давле­ нием в пневмосистеме и клапан оторвется от верхнего седла, вновь размыкая цепь.

Поскольку положение пишущего органа в любой момент про­ порционально давлению в пневмосистеме, то точки, отмеченные индикатором на вращающемся барабане, будут иметь координа­ ты по вертикали, соответствующие давлению в пневмосистеме, а по горизонтали будет зафиксирован угол, при котором проис­ ходит размыкание цепи в датчике, т. е. угол, соответствующий ра­ венству давлений в пневмосистеме и цилиндре.

Для получения индикаторной диаграммы давление в пневмо­ системе медленно меняют от некоторого максимального до атмо­ сферного. При достаточно медленном изменении давления точки на диаграмме располагаются настолько близко, что образуют не­ прерывную линию, изображающую осредненную индикаторную диаграмму, в координатах давление—угол поворота коленчатого вала.

Для регистрации малых давлений насосных процессов питание пневмосистемы осуществляется вакуумным насосом 17. При этом, изменяя положение крана 16, можно получить как избыточное

80

давление для записи процесса выпуска, так и разрежение — для регистрации процесса впуска.

Для записи малых давлений индикатор оборудован специаль­ ной мембранной камерой 11, позволяющей повысить чувстви­

тельность регистрирующего устройства в несколько раз по срав­ нению с плунжерным.

Чтобы избежать износа контактов датчика, уменьшить ток размыкания и повысить надежность работы индикатора, в элек­ трическую систему включается тиратронное реле. Схема такого реле приведена на рис. 52.

Рис. 52. Принципиальная схема тиратронного реле.

Работа его протекает так. При размыкании контактов датчика левый триод лампы Л { запирается, а правый, работающий в ре­ жиме катодного повторителя, отпирается. Изменение потенциалов в точках а и b передается собственно тиратронному реле, пред­ ставляющему собой триггер, собранный на тиратронах ТГ 0,1/13.