Практика застосування в різних галузях технологій вимірювань сигналів миттєвої швидкості обертання колінчастих валів нараховує не один десяток років. Торсіографування є основним й достатньо надійним лабораторним методом для реалізації таких вимірювань. За допомогою пружин до механізму, який обертається, приєднується торсіограф із досить значним моментом інерції. На пружину зв’язку наклеюють тензометричний первинний перетворювач (ПП). У процесі роботи механізму вал торсіографу обертається із постійною кутовою швидкістю. Неузгодженість кутових швидкостей обертання механізму та торсіографу призводить до деформації пружин та, відповідно, тензодавача. У результаті він виробляє сигнал, який за допомогою шлейфного осцилографа фіксується на паперовому носії. Недоліком даного методу є те, що встановлення торсіографу на дизельному агрегаті в умовах експлуатації тепловоза або стаціонарної дизель-електричної станції практично виключена. Також виникають технічні труднощі із вимірами вихідного сигналу тензодавача, оскільки він має відносно малу амплітуду та потужність.
Для вимірювань сигналів миттєвої швидкості обертання колінчастих валів силових агрегатів також знайшли застосування моментоміри, які будуються на базі фазометричних, фотометричних, індуктивних, магнітоупругих та тензометричних перетворювачів. Їхній принцип дії засновано на вимірюванні неузгодженостей кутових швидкостей обертання двох механізмів, які працюють на одне навантаження. Приклад реалізації цього методу із використанням цифрового принципу для вимірювання сигналу миттєвої швидкості обертання колінчастого валу розглянуто в деяких роботах. Зокрема, моментоміри фіксують середнє значення сумарного крутного моменту й не мають вихідних електричних сигналів. Тому використовувати їх для побудови апаратних засобів моніторингу розподілу циліндрових потужностей будь-якого дизельного агрегату неможливо.
У деяких роботах запропоновані методи для вимірювань сигналів миттєвої швидкості обертання колінчастих валів дизельних агрегатів на основі застосування цифрових пристроїв. В якості ПП аналогового сигналу швидкості у цифровий розробники використовують зубчасте колесо. Відповідно, вихідним сигналом датчика буде послідовність імпульсів. Сигнал флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу знаходить свій кількісний прояв у зсувах положень імпульсів відносно середнього значення. Відповідно, вимірювальну інформацію закладено в тривалості інтервалів часу між черговими імпульсами. Тому цифрові методи вимірювань флуктуації швидкості обертання колінчастого валу дизельного агрегату орієнтовано на оброблення частотно- модульованих сигналів. Висока роздільна здатність цифрових перетворювачів (близько 0.03 мкс) дозволяє на їхній базі будувати апаратні засоби для комп’ютерної системи (КС).
Інформаційний сигнал флуктуацій у порівнянні із миттєвою швидкістю обертання колінчастого валу дизельного агрегату достатньо малий за своєю величиною ∆ω=(0.01…0.05)ω_ср. Ця обставина обумовлює підвищені вимоги до ПП за невизначеністю перетворення, динамічним діапазоном вихідного сигналу та за лінійністю вихідної характеристики.
Відома низка способів перетворення частотно-модульованих сигналів і, відповідно, варіантів апаратної реалізації пристроїв. Виконаємо їхній порівняльний аналіз. В якості критеріїв оцінювання скористаємося такими параметрами перетворювачів:
- невизначеність вимірювань сигналу флуктуацій кутової швидкості;
- величина чутливості ПП;
- лінійність функції перетворення;
- складність апаратної реалізації.
Невизначеність вимірювань сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу дизельного агрегату будемо оцінювати за допомогою коефіцієнта комбінаційних спотворень
де UΩ – амплітуда складової спектра сигналу флуктуацій із частотною модуляцією; U(ω-nΩ) – амплітуда комбінаційної складової спектра; ω – кутовий носій вихідного сигналу давача.
Імпульсивні детектори інтегруючого типу, які описано в відомих роботах, використовують фільтри нижніх частот (ФНЧ) для виділення сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу дизельного агрегату. При цьому кожний імпульс частотно-модульованого сигналу давача має однакову амплітуду та тривалість. Імпульсні детектори інтегруючого типу мають відносно велику невизначеність відновлення сигналу флуктуацій, що робить недоцільним їхнє застосування у пристроях із підвищеними вимогами щодо невизначеності перетворення. Важливою перевагою цих детекторів є простота апаратної реалізації та лінійна вихідна характеристика перетворення, завдяки чому вони знайшли широке застосування при вимірах середньої швидкості обертання.
Таблиця – Різні типи детекторів та їхні показники
Детектори, які стежать за сигналом, виконуються на основі застосування схеми фазового автопідстроювання частоти. В основу їхньої побудови покладено порівняння за фазою вихідного сигналу ПП і опорного сигналу постійної частоти. Опорний сигнал отримуємо завдяки перетворенню сигналу ПП за допомогою ФНЧ та перетворювача напруга – частота (ПНЧ). Порівняння цих двох вихідних сигналів здійснює фазовий детектор. Детектори, що стежать за сигналом, забезпечують задовільні метрологічні характеристики (таблиця), але мають порівняно вузькі діапазони перетворення та стійкість при зміні частоти. Це обумовлено обмеженням граничного значення зсуву, який однозначно перетворюється фазовим детектором, й умовами стійкості схеми фазового автопідстроювання частоти.
Фазочастотні детектори для виділення сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу використовують фазочастотну характеристику частотнозалежного пасивного чотириполюсника. Ці пристрої забезпечують задовільну невизначеність, проте мають вузький діапазон перетворення.
Фазогенераторні перетворювачі для виділення сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу дизельного агрегату використовують автогенератор, який синхронізовано вихідним сигналом давача. Різниця фаз між керуючим сигналом та напругою на контурі автогенератора є сигналом вимірювальної інформації. Фазогенераторні перетворювачі частотно-модульованих сигналів мають малу невизначеність у вузькому діапазоні перетворення через те, що захоплення має місце в певних межах зміни частоти вихідного сигналу.
Цифрові вимірювачі сигналів флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу набули широкого поширення завдяки своїй малій невизначеності. В основу вимірювання сигналів флуктуацій покладено процедуру дискредитації за часом інтервалів між черговими імпульсами прямокутної форми, які виробляє ПП швидкості обертання. Сигнал флуктуацій є різниця між тривалістю поточного проміжку часу і середнім значенням по всій вибірці. Розрахунок сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу може бути виконано із застосуванням засобів мікропроцесорної техніки. Недоліками цифрових вимірювачів є відносна складність їхньої апаратної побудови та обмежена швидкодія елементної бази.
У ряді робот запропоновано варіанти побудови цифрових пристроїв, які вимірюють сигнал флуктуацій із використанням буферної пам’яті у якості пристрою реєстрації даних. Використання мікроконтролера дозволяє виконати опрацювання частотно-модульованого сигналу, що значно розширює область їхнього застосування.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter