3.5.3. Пневмоэлектрические индикаторы

Индикаторы этого типа называют также стробоскопическими, или точечными. Запись, получаемая с их помощью, как отмечалось ранее, представляет собой усредненную по нескольким сотням циклов индикаторную диаграмму (рис. 48).

На рис. 49 представлен широко известный индикатор модели МАИ‑2А, состоящий из следующих основных узлов: приемников давления (датчиков); усилителя электрического импульса (тиратронного преобразователя); регистрирующего устройства и пульта управления.

При индицировании испытуемого двигателя 13 в полость датчика 1 через распределитель 11 пневматической системы подают воздух под плавно изменяющимся давлением в пределах ожидаемого давления в цилиндре. Когда давление в цилиндре двигателя совпадает с давлением в полости датчика, или станет немного ниже, контактное устройство размыкает цепь и на выходе датчика возникает электрический сигнал, который усиливается и трансформируется в тиратронном преобразователе 16 до напряжения 14  18 кВ. Усиленный сигнал поступает затем на разрядник 7 регистрирующего устройства 12, где образует искру, пробивающую на электротермической бумаге отверстие, видимое как черная точка. Бумагу закрепляют на барабане 9, приводимом во вращение через валик 14 и эластичные муфты от коленчатого вала индицируемого двигателя. Так как скорость изменения противодавления воздуха в датчике гораздо меньше скорости изменения давления в цилиндре, в каждом цикле лишь две точки соответствуют совпадению давления в цилиндре с противодавлением воздуха в датчике: одна точка на линии повышения давления, другая на линии понижения. Очевидно, в каждом последующем цикле это совпадение происходит при другой величине давления и на диаграмме будут пробиты еще два отверстия и т.д.

Рис. 48. Многоцикловая индикаторная диаграмма:

1 – зажигание; 2 – ВМТ; 3 – линии тарировки давления; 4 – диаграмма сжатия–расширения; 5 – нулевая линия

Рис. 49. Принцип работы пневмоэлектрического индикатора типа МАИ-2А: 1, 19 – датчики давления; 2 – мановакуумметр; 3 – вакуумный насос; 4 – манометр; 5 – кран в атмосферу; 6 – баллон сжатого воздуха; 7 – искровой разрядник записывающей части; 8 – пружина; 9 – барабан; 10 – плунжерная пара; 11 – распределитель пневматической системы; 12 – записывающая часть индикатора; 13 – испытуе­мый двигатель; 14 – соединительный валик с эластичными муфтами; 15 – воздухопровод; 16 – тиратронный преобразователь; 17 – индуктивный отметчик; 18 – отметчик момента вспышки

Рис. 50. Датчик давления пневмоэлектрического индикатора

Соответствие величины давления в цилиндре положению точки (по высоте) на регистрационной бумаге достигается тем, что разрядник регистрационного устройства перемещается вдоль образующей барабана с помощью плунжерной пары 10 пневматического устройства, в которое подается воздух одновременно и под тем же давлением, что и в полость датчика. Это пневматическое устройство нагружено точно протарированной цилиндрической пружиной 8, благодаря чему разрядник ее перемещается строго пропорционально изменению давления в полости датчика. Подобрав посредством регулировочного крана определенную скорость изменения противодавления воздуха в датчике, можно получить на регистрационной бумаге серию точек (отверстий), настолько близко расположенных одна к другой, что они образуют почти непрерывную линию изменения давления в цилиндре (см. рис. 48).

Датчики давления для рассматриваемого индикатора изготовляют с учетом назначения. На рис. 50,а, б показан обычный датчик, в котором сварной корпус 1 охлаждается водой через штуцера 15 и имеет резьбовую присоединительную часть. В нижней зоне его расположен узел чувствительного элемента – мембрана 5 и ограничители 4 и 6. Узел закрепляют в корпусе гайкой 11 через латунную шайбу 10, втулку 8 и сферическую шайбу 7. Контактный штифт 9 центрируют латунной нарезной втулкой 2, изолированной от корпуса приемника текстолитовым цилиндром 3 и текстолитовой втулкой 12. На верхней части контактного штифта сделаны нарезка под стопорящую гайку 14 и квадрат для поворота контакта при установке зазора в чувствительном элементе. От повреждения гайкой 14 втулку 12 предохраняют шайбой 13. В корпус ввертывают головку 22 с резьбовым штуцером 21, которым датчик соединяют с воздухораспределителем. Воздух проходит к мембране по радиальным отверстиям втулки 8 и через пазы, сделанные во втулке 2. Штуцером 21 зажимают изоляционную шайбу 18 с закрепленным на ней выводным контактом 19 и контактным штифтом 17. Пружины 16 и 20 служат эластичными проводниками.

Центр мембраны, зажатой между ее ограничителями, может перемещаться в пределах зазора, равного 0,1  0,2 мм и образуемого внутренними сферическими поверхностями ограничителей. В верхнем положении мембрана, соприкасаясь с контактом 9, замыкает его на массу. При замыкании или размыкании контакта возникает электрический сигнал, поступающий затем в усилительное устройство (тиратронный преобразователь). Давлением, поданным из баллона со сжатым воздухом во внутреннюю полость датчика, мембрана отжимается к нижнему седлу. Но под действием повышения давления в цилиндре наступает момент, когда давление во внутренней полости датчика выравнивается, а затем становится меньше давления в цилиндре. В результате мембрана отходит от нижнего ограничителя и прижимается к верхнему, замыкая контакт 9, вследствие чего и возникает электрический сигнал. При понижении давления в цилиндре в момент уравнивания давлений мембрана отходит от верхнего ограничителя, контакт 9 размыкается, вызывая повторный электрический сигнал.

Надежность, чувствительность и стабильность работы описанного датчика во многом зависят от конструкции и качества изготовления ограничителей и мембраны. Так, для записи низких давлений, особенно при индицировании насосных ходов или давлений во впускных и выпускных трубопроводах, рекомендуется применять несколько измененные датчики. Верхний ограничитель 6 хода мембраны 5 выполняют с плоской поверхностью, как показано на рис. 50, б. Тогда под действием давления снизу диафрагма не деформируется, а отрыв ее от контактного штифта 9 происходит при давлении, не превышающем 1 Н/см² вместо обычных для них 3…5 Н/см², оговоренных инструкцией.

Заслуживает внимания серия датчиков клапанно-контактных, индуктивных и емкостных, разработанная для индикатора МАИ-2 на ЯМЗ. Конструкция их учитывает индицирование верхнеклапанных двигателей. На рис. 51 показан клапанный датчик для индицирования верхнеклапанных двигателей с малыми размерами цилиндров.

Усилитель электрических сигналов, или тиратронный преобразователь индикатора, предназначен для формирования импульсов высокого напряжения и позволяет записывать раздельно или одновременно две линии диаграммы: линию сжатия и линию расширения (замыкание и размыкание), а также обеспечивает нанесение различных отметок от других контактных датчиков, производит отметку ВМТ и позволяет наносить тарировочные линии давлений на диаграмму.

Рис. 51. Малогабаритный датчик давления пневмоэлектрического индикатора: 1 – пружина; 2 – кольцо; 3 – втулка; 4 – седло верхнее; 5 – клапан; 6 – седло нижнее; 7 – кольцо дистанционное; 8 – медная прокладка; 9 – корпус датчика; 10 –штанга; 11 – изолятор; 12 – гайка специальная; 13 – пружина токосъемная; 14 – шайба; 15 – болт стяжной; 16 – шайба; 17 – корпус штуцера; 18 – контакт вводной; 19 – изолятор токосъемника; 20 – колпак токосъемника

Блок питания преобразователя состоит из двух выпрямителей, подключенных к общему силовому трансформатору, имеющему пять обмоток. Первичная его обмотка рассчитана на напряжение сети 220 В, 50 Гц; повышающая обмотка и мостовой выпрямитель на диодах обеспечивают питание анодных цепей ламп и тиратронов, а для питания цепей смещения используют второй полупериодный выпрямитель.

При работе датчика давления, который создает на входе усилителя прямоугольные импульсы, тиратронный преобразователь фиксирует как момент замыкания (передний фронт импульса датчика давления), так и момент размыкания (задний фронт импульса датчика давления).

Подачу сигналов на вход преобразователя осуществляют по коаксиальным кабелям, подключаемым штепсельным разъемом, расположенным на задней панели пульта управления.

Регистрирующее устройство (см. рис. 49, позиции 712) состоит из вращающегося барабана, на котором закрепляют лист электротермической регистрационной бумаги. По бокам этого барабана расположены два пишущих механизма с разрядными иглами. Барабан соединяют с коленчатым валом двигателя при помощи валика и эластичных муфт, обеспечивающих безударное включение барабана на время индицирования и строгую ориентировку положения барабана по отношению к коленчатому валу. Иглы разрядников регистрирующих устройств закрепляют на конце штоков плунжеров при помощи специальных держателей, изолированных от масс. Регистрирующее устройство имеет два рабочих цилиндра. Один из цилиндров, снабженный пружиной с крутой характеристикой, предназначен для снятия индикаторной диаграммы рабочих ходов, а другой, имеющий пружину с пологой характеристикой, – для индицирования насосных ходов. Это существенно упрощает и убыстряет индицирование двигателя, позволяя вести его одновременно в двух точках. С одной стороны, плунжеры в рабочих цилиндрах нагружены масштабными пружинами, а с другой – давлением воздуха, равным противодавлениям в полостях датчиков давления. При рассогласовании этих давлений плунжеры вместе с разрядниками перемещаются вдоль образующих вращающегося барабана, сжимая масштабные пружины. Равенство давлений, подаваемых в полости датчика и в цилиндры регистрирующего устройства, обеспечивает пропорциональность между высотой индикаторной диаграммы и текущими давлениями в цилиндре двигателя. Масштаб индикаторной диаграммы по давлению определяется характеристикой масштабных пружин.