close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Конструктивные особенности электронного датчика частоты вращения и положения приводного вала газового двигателя 6ч 1314..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 621.43.052
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО
ДАТЧИКА ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ
ПРИВОДНОГО ВАЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 6Ч 13/14
В.М. Манойло, доцент, к.т.н., А.И. Воронков, доцент, к.т.н.,
Ю.Н. Бороденко, доцент, к.ф-м.н., С.А. Сериков, доцент, к.т.н.,
С.В. Салдаев, ассистент, А.А. Дзюбенко, преподаватель-стажер,
Г.В. Майстренко, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Разработан и изготовлен экспериментальный образец электронного датчика частоты вращения и положения приводного вала автотракторных газовых ДВС.
Ключевые слова: электронный датчик частоты вращения и положения приводного вала ДВС, автотракторный газовый двигатель с искровым зажиганием.
Введение
Разработанное авторами электронное устройство относится к индуктивным датчикам
перемещения, приближения, конечного положения, угла поворота, частоты вращения и,
реализовано в работе в качестве датчика
момента и угловой продолжительности искрообразования систем зажигания высокой
энергии автотракторных ДВС, а также конвертированных в газовые двигатели дизелей,
у которых эти датчики сопрягаются с приводным валом не используемого топливного
насоса высокого давления.
Анализ публикаций
В работе [1] приведен индуктивный магнитоэлектрический датчик частоты вращения и
положения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Датчик содержит две индукционные катушки с сердечниками в виде
постоянных магнитов и два ротора (или маркерных диска) с зубцами. Ротора установлены на одной оси, к зубцам которых обращены полюса постоянных магнитов. Магниты
расположены в плоскостях роторов с небольшим зазором относительно зубцов. При
перемещении зубцов относительно магнитов
величина зазора между ними изменяется, вызывая изменение магнитной индукции и по-
явление в индукционных катушках двуполярных импульсов. Двуполярные импульсы
симметричны относительно нулевой точки.
Координаты нулевых точек соответствуют
центру каждого зубца, что позволяет с помощью одного ротора, содержащего два
диаметрально противоположных зубца, определять угловое положение коленчатого
вала двигателя, а с помощью другого ротора,
содержащего 24 зубца, получать информацию о частоте его вращения.
Для такого датчика характерны простота,
высокие надежность, термостабильность и
приемлемая точность на средних и больших
частотах вращения вала ДВС, а также невосприимчивость к влаге, маслу и грязи.
Недостатками датчика являются:
– небольшая чувствительность (поскольку
величина зазора между сердечниками и зубцами не должна превышать 1,0 мм);
– завышенные массо-габаритные показатели
(из-за низкой частоты рабочих процессов;
большого количества витков индукционных
катушек; наличия сердечников и второго ротора);
– низкая помехозащищенность, поскольку
индукционная катушка с большим количест-
вом витков является идеальным приемником
электромагнитных помех, в том числе низкочастотных, наиболее трудно поддающихся
подавлению, что приводит к избыточному
усложнению электронной схемы обработки
сигналов датчика, особенно при совместной
работе с электронной многоискровой высокочастотной системой зажигания высокой
энергии;
– генерация вместе с полезными сигналами
паразитных низкочастотных гармоник, возникающих из-за соизмеримых по амплитуде
с величиной зазора аксиальных и радиальных
биений зубчатых роторов, усложняют электронную схему;
– низкая точность изделия в области малых
частот вращения вала ДВС (из-за уменьшения амплитуды выходного сигнала, приводящего к появлению избыточного опережения зажигания на малых частотах вращения,
и избыточного запаздывания при больших
частотах, что требует принятия специальных
мер по дополнительной коррекции информации об угле положения);
– полная неработоспособность при остановленном двигателе, поскольку приемлемая
амплитуда выходных сигналов датчика появляется только после некоторой частоты вращения его роторов, что ограничивает функциональные возможности датчика и не позволяет выполнять такие важные операции,
как проверка работоспособности датчика до
запуска двигателя и его фазировка по положению поршня первого цилиндра на остановленном двигателе (когда последний находится в ВМТ);
– функциональные возможности датчика ограничены, так как он, сам по себе, определяет только момент искрообразования и не может без привлечения внешнего вычислительного ресурса формировать сигналы определенной скважности, необходимые, например,
для непосредственного управления современной транзисторной системой зажигания с
нормированием времени накопления энергии, или для задания угловой продолжительности искрового разряда в свечах зажигания
в случае управления многоискровой высокочастотной системой зажигания высокой
энергии.
Более высокой чувствительностью (рабочий
зазор для диамагнетиков можно увеличить
до 3,0 мм), работоспособностью и высокой
точностью на малых скоростях перемещения
металла относительно чувствительной индукционной катушки, расширенными функциональными возможностями и меньшими
массо-габаритными показателями обладает
«бесконтактный переключатель» [2]. Устройство, реализует принцип срыва генерации
высокочастотного LС-генератора, собранного на логическом КМОП-элементе, при приближении металла к разомкнутому ферритовому магнитопроводу его катушки. По такому принципу выполняют датчики частоты
вращения и положения, но они также обладают следующими недостатками:
– низкой чувствительностью, так как катушку приходится снабжать магнитопроводом;
– завышенные (из-за применения магнитопровода) массо-габаритные показатели;
– низкая термостабильность, поскольку генерация при низких температурах срывается, а
от температуры окружающей среды зависит
величина индицируемого угла положения
ротора устройства;
– низкой точностью измерения угла положения, поскольку индицируемое значение угла
положения ротора полностью зависит от величины рабочего зазора;
– недостаточная помехозащищенность, свойственная катушкам с сердечниками.
Еще более высокой чувствительностью,
меньшими массо-габаритными показателями,
повышенной термостабильностью и помехозащищенностью характеризуется «металлоискатель повышенной чувствительности» [3],
выбранное в качестве прототипа предлагаемому изделию, как наиболее близкое по совокупности признаков. Принцип действия
устройства основан на измерении разности
весьма близких высоких частот образцового
и измерительного LС-генераторов, выполненных по одинаковой схеме и, на одинаковых логических КМОП-элементах. Поскольку относительное изменение разностной частоты многократно превышает относительное
изменение частоты измерительного генератора, чувствительность устройства значительно возрастает. Рабочий зазор между ка-
тушкой индуктивности измерительного генератора и металлическим объектом (ротором) может достигать десятков миллиметров.
Однотипность элементов и схем генераторов
предполагает одинаковый температурный
дрейф частот генераторов и, следовательно,
повышение термостабильности. Уменьшение
массо-габаритных показателей и некоторое
повышение помехозащищенности определяется использованием относительно небольшого каркаса контура переносного радиоприемника.
Устройство-прототип [3] имеет следующие
недостатки:
– низкая термостабильность, допустимая в
случае его прямого назначения, но неприемлемая для датчика частоты вращения и угла
положения, определяемая, с одной стороны
избыточной чувствительностью из-за слишком близких частот генераторов (разница
составляет сотые и тысячные доли процента
от образцовой), а с другой – различным температурным дрейфом частот генераторов,
которые хоть и выполнены на одинаковых
логических элементах и по одинаковой схеме, но конструкция и габариты их катушек
индуктивности совершенно различны;
– завышенные массо-габаритные показатели
из-за применения каркаса с ферритовым сердечником для катушки индуктивности образцового генератора;
Техническим результатом, предложенного
устройства, является: повышение точности,
термостабильности,
помехоустойчивости,
снижение массо-габаритных показателей и
расширение функциональных возможностей
известного устройства.
Поставленная задача решается путем применения в предлагаемом устройстве двух высокочастотных, настроенных на близкие частоты, LС-генератора, каждый из которых выполнен на инвертирующем логическом
КМОП-элементе.
Особенности конструкции и принцип
работы электронного датчика
Разработанный авторами электронный датчик частоты вращения и положения приводного вала двигателя устанавливается в развале цилиндров 6-тицилиндрового газового
ДВС, вместо ТНВД, и крепится корпусом к
блоку двигателя. Конструктивные особенности датчика приведены на рис. 1.
3
2
1
9
10
11
13
– низкая помехозащищѐнность (из-за использования катушки индуктивности с сердечником).
Цель и постановка задачи
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача усовершенствования
известного устройства [3], реагирующего на
величину расстояния между металлическим
объектом и индукционной катушкой.
5
6
7
8
– низкая точность, поскольку индицируемая
величина сигнала полностью зависит от величины рабочего зазора между катушкой индуктивности измерительного генератора и
поверхностью вносимого в ее поле металла;
– ограниченные функциональные возможности, так как устройство не позволяет контролировать свою работоспособность и осуществлять какие-либо точные операции.
4
12
15
Рис. 1. Конструктивные особенности электронного датчика частоты вращения и
положения приводного вала ДВС
Датчик состоит из следующих деталей: корпуса 2 и крышки 1 регулятора (датчика);
маркерного диска 4; электронной платы 3;
ступицы привода регулятора 7; вала 6; колец
9, 11, и 12; прокладки 9; крышки 5; шпонки
10; гайки 8 и подшипников 13.
Подвижный маркерный диск 4 датчика закреплен на валу 6 узла. Вал с помощью двух
шарикоподшипников 13 размещается в постелях корпуса 2 и крышки 1 датчика. Выходной конец подвижного вала через шпоночное соединение связан со ступицей 7
привода датчика. Ступица 7 привода через
поводок крепится к валу привода снятого
ТНВД ДВС.
и показано взаимное расположение индукционных катушек относительно секторов диска.
На рис. 5 приведены эпюры, показывающие
изменение частот генераторов, смесителей и
формирование выходных сигналов датчика
при повороте маркерного диска, где:
А – углы положения по повороту маркерного
диска верхних мертвых точек цилиндров и
продолжительности выходных сигналов датчика;
Б – изменение частоты первого генератора и
первого формирователя при повороте маркерного диска;
В – изменение частоты второго генератора и
первого формирователя;
Г – изменение частоты на выходе смесителя
частот первого формирователя;
Д – выходной сигнал первого формирователя
формирует угловые импульсы;
Е – изменение частоты первого генератора
второго формирователя;
Ж – изменение частоты второго генератора и
второго формирователя;
З – изменение частоты на выходе смесителя
частот второго формирователя;
И – выходной сигнал второго формирователя
формирует импульсы нулевого отсчета.
Особенности работы датчика будут приведены ниже.
На рис. 2 приведена принципиальная схема
предлагаемого датчика.
На рис. 3 приведены эпюры, поясняющие
принцип действия формирователя сигналов
датчика, где:
А – импульсы на выходе смесителя частот;
Б – импульсы на выходе одновибратора;
В – сигналы сброса КЗ-триггера;
Г – сигналы установки КЗ-триггера;
Д – выходной сигнал датчика.
На рис. 4 приведен вариант формирования
информационных дорожек маркерного диска
1
8
3
7
9
5
1
17
10
13
11
6
12
1
21
14 15
16
19
&
20
1
18
23
4
1
22
3 6
24
&
1 4
2 5
25
27
2
26
Рис. 2. Принципиальная электронная схема управления датчиком частоты вращения и положения вала ДВС
Рис. 3. Эпюры импульсов формирования сигналов электронного датчика
В качестве примера реализации рассмотрим
датчик частоты вращения и угла положения
коленчатого
вала
шестицилиндрового
V-образного двигателя с углом развала между рядами цилиндров 90° и с очередностью
работы цилиндров: 1 – 4 – 2 – 5 – 3 – 6.
Устройство содержит формирователь 1 угловых импульсов и выполненный точно так же
формирователь 2 импульсов нулевого отсчета. В формирователе 1 содержатся два одинаковых и настроенных на близкие частоты
высокочастотных LС-генератора 3 и 4.
Генератор 3 установлен на первом логическом инверторе 5, вход которого соединен с
минусом источника питания через первый
конденсатор 6, а также последовательно соединенные индукционную катушку 7 и первый резистор 8. Выход резистора 8 является
выходом генератора 3. Точка соединения катушки 7 и резистора 8 подключена через
второй конденсатор 9 к минусу источника
питания. Выходы генераторов 3 и 4 подключены к входам С и D-триггера 10, выполняющего роль смесителя частот. Выход смесителя 10 подключен через последовательно
соединенные четвертый конденсатор 11 и
четвертый инвертор 12. Вход инвертора 12
подключен к плюсу источника питания. С
помощью пятого резистора 13, диода 14,
второго 15 и третьего 16 резисторов точка
соединения подключена (через шестой резистор 17 к выходу инвертора 12 и третьему
конденсатору 18) к минусу источника питания. Первый вход второго инвертора 19 (типа
2И-НЕ), а также его выход, третий инвертор
20 (выход которого подключен к первому
входу инвертора 19), четвертый резистор 21
подключены к выходному выводу угловых
импульсов формирователя 1. Выход смесителя 10 подключен через пятый конденсатор
22 к точке соединения седьмого резистора
23. Второй вывод смесителя 10 подключен
к плюсу источника питания. Второй вход
пятого инвертора 24 (типа 2И-НЕ) подключен к источнику питания. Первый вход инвертора 24 привязан к точке соединения выхода инвертора 19 с входом инвертора 20.
Выход инвертора 20 присоединен к второму
входу инвертора 19. Выходы первого формирователя 1 угловых импульсов и второго
формирователя 2 импульсов нулевого отсчета соединены через последовательно соединенные между собой восьмой 25 и девятый
26 резисторы. Точка соединения резисторов
25 и 26 подключена к минусу источника питания через светодиод 27. Пары кольцевых
концентрических информационных дорожек
маркерного диска выполнены в виде металлических и диэлектрических секторов. Они
чередуются в каждом кольце и каждом секторе пары. Имеют следующее назначение в
порядке убывания радиусов колец: первая и
вторая дорожки создают угловые импульсы и
импульсы частоты вращения вала ДВС, третья и четвертая – импульсы нулевого отсчета. Количество диэлектрических секторов
первой или второй дорожек равно числу цилиндров двигателя. Начало отсчета осуществляется по ходу вращения диска каждого
диэлектрического сектора. Начало отсчета
первой дорожки соответствует положению
верхней мертвой точки поршня в данном цилиндре, а угловая продолжительность диэлектрических секторов первой дорожки определяет скважность угловых импульсов. На
третьей дорожке имеется только один диэлектрический сектор, совмещенный с сектором первого цилиндра. Миниатюрные индукционные катушки всех четырех LСгенераторов выполнены одинаково – плоскими и без сердечников, но в каждом фор-
мирователе импульсов одна катушка содержит на несколько витков больше другой.
Рис. 4. Схема пространственного расположения конструктивных элементов маркерного диска относительно индукционных катушек датчика
Плата обращена индукционными катушками
к дорожкам маркерного диска и зафиксирована параллельно поверхности маркерного
диска с зазором, равным 1,0 мм. Индукционные катушки выставлены в ряд, вдоль радиуса маркерного диска таким образом, что их
оси намотки удалены от центра вращения
диска на величину среднего радиуса каждой
информационной дорожки, а катушки с
большим количеством витков установлены
напротив первой и третьей дорожек.
В процессе работы датчика маркерный диск
(рис.4) вращается с частотой вдвое меньшей
частоты вращения коленчатого вала двигателя, и его металлические сектора информационных дорожек, выполненные из меди или
алюминия, периодически взаимодействуют с
установленными напротив этих дорожек индукционными катушками. Металлические
сектора могут быть изготовлены путем рельефной штамповки, литья, фрезеровки или,
например, фотоспособом на фольгированном
стеклотекстолите с последующим травлением меди.
Рис. 5. Условные характеристики информационных дорожек маркерного диска
Угловая диаграмма распределения зажигания
в функции угла поворота маркерного диска
датчика для данного типа двигателя, которая
определяется угловыми характеристиками
первой и второй дорожек маркерного диска,
приведена на рис. 5 (поз. А), где номера цилиндров обозначены римскими цифрами.
Частоты релаксационных LС-генераторов 3 и
4 (рис. 2) формирователя импульсов 1 и генераторов формирователя 2 выбраны, как и в
устройстве – прототипе, довольно высокими
и, соответственно равны 100 и 110 кГц. Однако, как видно из рисунка, сдвиг частот по
сравнению с прототипом несоизмеримо выше и составляет около 10%. При вращении
маркерного диска, когда металлический сектор его первой информационной дорожки
отходит от индукционной катушки 7 (рис. 2),
частота релаксационного LС-генератора 3,
как показано на рис. 5 (поз. Б), уменьшается,
примерно от 105 кГц до 100 кГц, т.е. изменяется на 5 %. В то же время, частота генератора 4, к индукционной катушке которого
подходит металлический сектор второй дорожки маркерного диска, как показано на
рис. 5 (поз. В), увеличивается от 110 кГц до
115 кГц, т.е. тоже изменяется, примерно, на
5 %. Полученная на выходе смесителя 10
разностная частота (рис. 5 поз. Г) при этом
увеличится от 5 до 15 кГц. Следовательно,
даже при таком большом сдвиге частот, пятипроцентному (но противоположному по
направлению) изменению частот генераторов
3 и 4 соответствует троекратное изменение
частоты на выходе смесителя 10. При дальнейшем повороте маркерного диска на угол
около 20 (рис. 5 поз. А) частота генератора
3, к индукционной катушке 7 которого подходит металлический сектор первой дорожки
диска, увеличивается от 100 до 105 кГц (рис.
5
поз. Б). Одновременно с этим частота генератора 4, от катушки которого отходит металлический сектор второй дорожки, уменьшается от 115 до 110 кГц (рис. 5 поз. В). Как
видно на рис.5 поз. Г, частота на выходе смесителя 10 при этом уменьшается от 15 до
5 кГц. Далее изменение частот генераторов и
на выходе смесителя во время вращения
маркерного диска повторяется, как описано
выше. Для обеспечения одинакового запаса
надежности при некотором отклонении максимальной и минимальной разностных частот в качестве опорной выбрана частота
10 кГц. Поскольку в устройстве генератор
опорной частоты отсутствует, формирование
выходных сигналов датчика осуществляется
путем контроля отклонения периодов повторения сигналов на выходе смесителей. Для
этого в формирователе 1 на конденсаторе 11,
резисторе 13 и инверторе 12 собран одновибратор, формирующий по заднему фронту
выходного сигнала смесителя 10 (рис. 3
поз. А) укороченный сигнал постоянной длительности (рис. 3 поз. Б). Периодически заряжается с выхода инвертора 12 конденсатор
18, причем его зарядка осуществляется через
диод 14 и резистор 16. Разряжается конденсатор 18 через резистор 17 и выход инвертора 12. Поскольку сопротивление резистора
17 больше сопротивления резистора 15, время зарядки постоянное, а время разрядки
равно периоду повторения сигналов одновибратора минус их длительность. Тогда напряжение на конденсаторе 18 изменяется,
как показано на рис. 3 (поз. Г). При увеличении частоты сигналов на выходе инвертора
12 спадающая экспонента напряжения на
конденсаторе 18, начиная с некоторой величины частоты вращения вала перестает опускаться ниже порога переключения (показанного на рис. 3 поз. Г пунктирной линией). По
входу установки КЗ-триггера, собранного на
логических элементах 19 и 24 типа 2-И-НЕ,
на вход сброса которого постоянно подаются
короткие импульсы (рис. 3 поз. В), сформированные (путем дифференцирования) с помощью конденсатора 22 и резистора 23 задних спадающих фронтов сигналов на выходе
смесителя 10 (рис. 3 поз. Г). На входе установки триггера присутствует сигнал «1», и, в
момент поступления на вход сброса очередного короткого сигнала «0», он сбрасывается,
на выходе инвертора 19 появляется сигнал
«0», который инвертируется инвертором 20,
и на выходе формирователя 1 угловых импульсов появляется сигнал «1» (рис. 3 поз.
Д). При уменьшении частоты сигналов на
выходе инвертора 12 время разряда конденсатора 18 увеличивается, и наступает момент, когда после окончания короткого импульса сброса на входе установки триггера
продолжает сохраняться напряжение меньшего уровня, чем порог переключения инвертора 19, в течение времени, необходимого
для установки триггера. Триггер устанавливается, а на выходе формирователя 1 появляется сигнал «0». Последовательное соединение инверторов 19, 20 и их охват положительной обратной связью с выхода инвертора
20 на первый вход инвертора 19 через резистор 21 осуществляет триггер Шмитта. Объ-
единенные по одному входу триггер Шмитта
и КЗ-триггер (инверторы 19, 20, 24) существенно повышают помехоустойчивость устройства, что очень важно при использовании
высокочастотных систем зажигания высокой
энергии. Процесс формирования остальных
угловых импульсов происходит аналогично.
Точное значение частоты переключения
триггера (10 кГц) устанавливается путем
подбора величины сопротивления резистора
17. Поскольку за один оборот коленчатого
вала двигателя формируется три угловых
импульса, что при современных методах обработки информации вполне достаточно при
самой интенсивной динамике, эти импульсы
также используются в качестве сигналов частоты вращения. При необходимости получения большего количества импульсов за оборот на маркерном диске может быть сформирована еще одна информационная дорожка с
максимальным диаметром. Так как скважность импульсов частоты вращения значения
не имеет, углы металлических и диэлектрических секторов дорожки сделаны одинаковыми. Обе индукционные катушки дополнительного третьего отдельного формирователя
импульсов частоты вращения расположены
не вдоль радиуса диска, а вдоль средней окружности дорожки так, чтобы оси их намотки располагались по углу друг от друга на
нечетное число углов сектора. Формирователь 2 импульсов нулевого отсчета работает
точно так же, как и формирователь 1. Единственным отличием является то, что за один
оборот маркерного диска формируется один
импульс нулевого отсчета. Поскольку на
маркерном диске диэлектрические сектора
нулевого отсчета и первого цилиндра совпадают (рис. 4), сигнал нулевого отсчета обозначает верхнюю мертвую точку именно
первого цилиндра (рис. 5, И). Причем, так
как радиусы третьей и четвертой дорожек
маркерного диска меньше радиусов первой и
второй дорожек, а диаметры индукционных
катушек отличаются незначительно, воздействие металлических секторов диска при
одинаковом угле его поворота на катушки
формирователя 2 начинается раньше, чем на
катушки формирователя 1. Поэтому передний фронт сигнала нулевого отсчета всегда
опережает передний фронт углового импульса первого цилиндра, а его задний фронт всегда отстает от заднего фронта углового импульса первого цилиндра. Это «перекрытие»
одного импульса другим происходит при
любых частотах вращения, и очень полезно
при дальнейшей цифровой обработке информации. Величина «перекрытия» тем
больше, чем больше диаметр диска по сравнению с диаметрами индукционных катушек,
и ее можно увеличить путем увеличения угла
сектора третьей и четвертой дорожек диска.
Для повышения линейности изменения разностных частот в функции угла поворота
маркерного диска и уменьшения угловой
ошибки влияния секторов на пару катушек
одного формирователя из-за их различных
диаметров, катушка с большим числом витков расположена напротив информационной
дорожки с большим диаметром. Датчик дополнительно снабжен светодиодным индикатором 27, позволяющим не только контролировать его работоспособность, в том числе и
на остановленном двигателе, но и отличать
верхнюю мертвую точку первого цилиндра
от других и выполнять точную фазировку
датчика по положению поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке.
Поскольку сопротивление резистора 26 выбрано большим, по сравнению с сопротивлением резистора 25, то индикатор (светодиод)
может обеспечить три режима световой индикации:
– если при повороте вала датчика появляется
сигнал «0» на выходе формирователя 1 и «1»;
– на выходе формирователя 2, при этом, видно слабое свечение индикатора, значит, поршень первого цилиндра приближается к
верхней мертвой точки;
– если появляются сигналы «1» на выходах
обоих формирователей, видно яркое свечение светодиода, тогда поршень первого цилиндра находится в ВМТ;
– если появляется сигнал «1» на выходе
формирователя 1, а «0» – на выходе формирователя 2, тогда наблюдается среднее свечение светодиода, следовательно, любой цилиндр, кроме первого находится в положении ВМТ.
Экспериментальный образец электронного
датчика вращения и положения коленчатого
вала совместно с системой зажигания были
установлены на газовый ДВС 6Ч13/14.
При проведении серии научно-исследовательских работ по доводке рабочего процесса
газового двигателя [4], система зажигания
воспринимающая импульсы (сигналы) от
датчика, работала устойчиво и надежно в
широком диапазоне изменения скоростных и
нагрузочных режимах работы силовой установки.
Выводы
В процессе выполнения НИР обнаружены
следующие закономерности.
Повышение точности предлагаемого устройства достигается с помощью миниатюризации индукционных катушек и реализации
дифференциального принципа изменения
частот релаксационных генераторов, что позволяет существенно повысить чувствительность измерительных органов формирователей (работоспособность устройства сохраняется при увеличении зазора между платой с
индукционными катушками до 4 – 5 мм) и в
то же время придать им качество независимости точности от величины рабочего зазора.
На рис. 5 (поз. Б, В, Г) показано в виде прерывистой линии изменение частот при
уменьшении зазора между платой и диском,
и пунктирной линией – при его увеличении.
Например, если зазор увеличен, изменение
частот генераторов от приближения металлического сектора сократится и составит,
например, 102 и 112 кГц. Однако крайние
значения разностной частоты изменятся в
противоположных направлениях: значение
5 кГц увеличится до 8 кГц, а значение 15 кГц
уменьшится до 12 кГц. При этом запас надежности срабатывания триггера в формирователе снижается с 5 кГц до 2 кГц, но фазы
достижения частоты переключения триггера
(10 кГц) не изменяются, следовательно, угловые ошибки не появляются. Конечно, точность сохраняется в определенных пределах
изменения зазора, например, нельзя допускать значительного уменьшения минимального значения разностной частоты, когда
снижается запас надежности и резко увеличивается угловая ошибка на высоких оборотах, но технологические отклонения размеров в процессе массового производства компенсируются полностью и с запасом.
Повышение термостабильности устройства
достигается за счет одинакового принципиального и конструктивного выполнения релаксационных LС-генераторов, в том числе
путем использования всех четырех инверторов из одного корпуса, что предполагает
одинаковый тепловой режим, а также за счет
дифференционального принципа изменения
частот и многократного увеличения сдвига
частот. По термостабильности предлагаемый
датчик не уступает индуктивным и датчикам
на основе эффекта Холла.
Повышение помехоустойчивости устройства
достигается путем миниатюризации всех индукционных катушек, отказа от использования сердечников, существенным повышением, по сравнению с частотами основных помех, разностных частот, а также совместным
использованием при формировании выходных импульсов триггера Шмитта и КЗтриггера. По помехоустойчивости предлагаемый датчик не уступает оптическим и
датчикам на основе эффекта Холла.
Расширение функциональных возможностей
известного устройства достигается за счет
снабжения предлагаемого датчика светодиодным индикатором, позволяющим контролировать его работоспособность, отличать
первый цилиндр от других и фазировать датчик по положению верхней мертвой точки
поршня первого цилиндрам на остановленном двигателе. Такими возможностями не
обладает ни один из известных датчиков этого типа.
Литература
1. Сига Х., Мидзутани С. Введение в автомобильную электронику: Пер. с японск. –
М.: Мир, 1989. – 232 с.
2. Бесконтактный переключатель // Радио. –
1992. – №12. – с. 33.
3. Металлоискатель повышенной чувствительности // Радио. – 1994. – № 10. –
с.26, 25.
4. Сериков С.А., Бороденко Ю.Н. Абрамчук Ф.И., Манойло В.М. Микропроцессорные системы управления газовыми
двигателями внутреннего сгорания // XI
Научно-техническая конференция с международным участием. – Варна, 2005.
Рецензент: А.С. Полянский, профессор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 14 июня 2007 г.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа