Материал: МРБ 1093.(1985).[doc]

7. Приборы для автотранспорта

На рис. 29 изображена принципиальная схема блока электронного за­жигания повышенной надежности для автомобиля. Автор разработки В. Ба-комчев из г. Бугульмы.

В известных устройствах электронного зажигания накопительный конден­сатор заряжается выпрямленным напряжением преобразователя и во время раз­рядки конденсатора через тринистор происходит срыв колебаний преобразовате­ля, так как его выход оказывается практически замкнутым. В описываемой же конструкции накопительный конденсатор заряжается от стабильного напряже­ния обратного хода ждущего блокинг-генератора, которое мало зависит от на­пряжения бортовой сети автомобиля и частоты вращения коленчатого вала дви­гателя. Поэтому энергия искры получается постоянной.

Прибор состоит из ждущего блокинг-генератора, выполненного на транзи­сторе VT1 и трансформаторе Т2, импульсного генератора на тринисторе VS1, накопительного конденсатора С1, цепи формирования запускающих импульсов C3R5, цепей подавления паразитных колебаний в первичной обмотке катушки зажигания Т1, дифференцирования импульсов блокинг-генератора (C2R1R2), защиты управляющего перехода тринистора и базы транзистора (VD4, VD5).

Когда контакты прерывателя замкнуты, транзистор VT1 закрыт, конденса­тор СЗ разряжен. При размыкании контактов открывается транзистор и начина­ется блокинг-процесс, в конце которого выбросом напряжения обратного хода заряжается конденсатор С1. При последующем размыкании контактов преры­вателя фронтом импульса блокинг-генератора открывается тринистор VS1 и конденсатор С1 разряжается через тринистор и обмотку I катушки зажига­ния Т1.

При этом во вторичной обмотке трансформатора Т1 образуется высоковольт­ный импульс напряжения. Форма и амплитуда этого импульса остаются практи­чески постоянными при изменении питающего напряжения от 7 до 15 В при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя (при частоте искрообра-зования до 300 Гц).

Устройство просто в изготовлении и налаживании. Обмотки трансформато­ра Т2 намотаны на магнитопроводе ШЛ16Х25 с зазором около 50 мкм. Обмот­ка I содержит 60 витков провода ПЭВ-2 1,2. Обмотки II и III содержат соот­ветственно 60 и 360 витков провода ПЭВ-2 0,31.

Для налаживания и контроля автомобильных систем электронного зажигания может быть использовано устройство, схема которого изображена на рис. 30. Автор конструкции Л. Кузьмин из г. Чимкента. Устройство состоит из мультивибратора (транзисторы VT1, VT2), электронного ключа (транзистор VT3) и стандартной катушки зажигания (трансформатор Т1) с разрядником FU1, Мультивибратор генерирует колебания частотой 200 Гц, которые управляют работой транзисторного ключа, имитирующего прерыватель автомобиля и уп­равляющего запуском электронной системы зажигания. Работу системы зажига­ния контролируют по длине зоны пробоя (искры) между электродами разряд­ника в воздухе.

Прибор прост в изготовлении и практически не требует налаживания. Тум­блером SA1 можно уменьшить частоту импульсов мультивибратора в два раза и проконтролировать зависимость параметров искры от частоты вращения ко­ленчатого вала двигателя.

На рис. 31,а,б изображены две схемы автомобильного тахометра. Первый из них (рис. 31,а) разработан московским радиолюбителем Ю. Беляцким. При­бор состоит из ждущего мультивибратора на двух элементах 2И — НЕ DD1.1, DD1.3 и согласующего звена на эле-, менте DD1.2. Так как амплитуда и длительность импульсов, генерируе­мых ждущим мультивибратором, не зависят от параметров запускающей цепи, то средний ток через микроам-перметр РА1 будет пропорционален частоте следования импульсов с дат­чика. Источником запускающих им­пульсов служит конденсатор связи, представляющий собой 10 витков про­вода, намотанного на высоковольтный провод, соединяющий катушку зажи­гания с распределителем. Провод можно использовать любой монтаж­ный диаметром не менее 0,5 мм, луч­ше в полихлорвиниловой изоляции.

Градуируют прибор с помощью генератора НЧ. В приборе можно исполь­зовать любой вибростойкий микроамперметр с током полного отклонения стрел­ки не более 1 мА.

Тахометр по схеме на рис. 31,6 работает также, но более экономичен, так как собран на микросхеме МОП-структуры и обеспечивает значительно большую точ­ность. Автор конструкции москвич А. Межлумян. Прибор позволяет определять частоту вращения коленчатого вала двигателя в пределах от 600 до 6000 об/мин с точностью не хуже 1%. Входным сигналом для его работы служат положи­тельные перепады напряжения на контактах прерывателя в момент их размыка­ния.

На рис. 32 изображена принципиальная схема прибора для измерения мощ­ности двигателя автомобиля. Прибор разработан П. Федоровым.

В основу работы прибора положена зависимость между эффективной мощ­ностью N_Э двигателя и цикловым расходом топлива g_ц при заданной частоте n вращения коленчатого вала двигателя:

N_э= cg_цn,

где с — постоянная.

Устройство состоит из преобразователя частоты вращения коленчатого ва­ла двигателя в электрический сигнал (датчиком частоты вращения служат кон­такты SA1), датчика, несущего информацию о цикловом расходе топлива (ре­зистор R4), перемножителя сигналов (транзисторы VT1, VT2), усилителя тока (VT3), индикатора РА1 и стабилизатора напряжения (транзистор VT4 и ста­билитрон VD3).

Перемножитель сигналов выполнен по схеме ждущего мультивибратора, частота колебаний которого определяется частотой вращения коленчатого ва­ла двигателя, а длительность генерируемых импульсов — сопротивлением ре-зистивного датчика давления, включенного во времязадающую цепь мультивиб­ратора. Сопротивление датчика давления (резистор R4 на схеме) линейно свя­зано с цикловой подачей топлива. Сигнал с выхода мультивибратора поступа­ет на эмиттерный повторитель на транзисторе VT3. Средний ток I_ср через мик­роамперметр РА1 пропорционален длительности импульсов т, частоте следо-

вания f_n импульсов и обратно пропорционален полному сопротивлению R_a цепи эмиттера усилителя тока. Его значение зависит от напряжения питания

Устав:

к — коэффициент пропорциональности; с — обобщенный коэффициент пропорци­ональности. Прибор прост по схемному решению, конструкции и практически не требует налаживания. Разумеется, прибор дает информацию только об эффек­тивной мощности двигателя. Полная мощность зависит еще от целого ряда факторов (угла опережения зажигания, компрессии, полноты сжигания топ­лива, октанового числа топлива и др.). Получаемая информация полезна для контроля за отклонениями от нормальной работы двигателя автомобиля.

Глава 3 приборы для научных исследований

8. Приборы для автоматизации различных процессов

На рис. 33 изображена принципиальная схема преобразователя тока в частоту. Авторы конструкции В. Гусев и А. Шакс.

Прибор предназначен для регистрации изменения тока в широких пределах (от 3 нА до 0,3 мА) и может быть использован в приборах для измерения малых изменений сопротивления, тока и напряжения. Прибор позволяет приме­нять для регистрации измеряемых параметров цифровые индикаторы.

Входная ступень преобразователя выполнена по схеме интегрирующего уси­лителя на транзисторе VT1. Нагрузкой транзистора служит источник тока на транзисторе VT2. Источник тока стабилизирует режим транзистора VT1 и по­вышает коэффициент усиления ступени в целом. Резистором R15 устанавлива­ют режим транзистора по постоянному току таким образом, чтобы среднее значение напряжения на входе было равно нулю. В цепь обратной связи тран­зистора VT1 включен дозирующий конденсатор С8.

На микросхеме DA1 выполнено пороговое устройство, выходной сигнал ко­торого через цепь C3R16 поступает на транзистор VT3, коллекторный ток ко­торого перезаряжает дозирующий конденсатор. Частота перезарядки конденса­тора С8 определяется входным током и при 1 нА равна 8,35 МГц, а при токе 0.3 мА — 2,5 МГц. Импульсно-токовая характеристика преобразователя практи­чески линейна с погрешностью не более 5% во всем интервале измеряемого то­ка и определяется соотношением N=8,35 10⁹ I_ВX, где N — частота импульсов, а I_вх — измеряемый ток.

Для повышения стабильности работы преобразователя он помещен в тер­мостат, снабженный терморегулятором. Терморегулятор выполнен по мостовой схеме на микросхеме DA2 и транзисторах VT6, VT7. Датчиком температуры слу­жит терморезистор R1. Нагрузкой терморегулятора служит нагревательный элемент ЕК1. Терморегулятор обеспечивает постоянство температуры внутри термостата с точностью 0,5° С. Задатчиком температуры регулятора служит ре­зистор R2. Конденсатор С8 — ПМ-1.

На рис. 34 схематически изображено устройство, иллюстрирующее возмож­ность дистанционной передачи на расстояние показаний манометра с трубкой Бурдона. Это прибор для дистанционного контроля давления воды в трубо­проводе. Авторы конструкции А. Фотте-лер и А. Афанасьев.

В пружинном манометре с труб­кой Бурдона 2 механизм привода вращения стрелки заменен укреплен­ным на шарнире рычагом 4 с пружи­ной 5, который кинематически связан с подвижным магнитопроводом 8 диф­ференциального трансформаторного ин­дуктивного датчика 6. Магнитопровод укреплен на тяге 9 в направляющих 10, изготовленных из немагнитного ма­териала (бронза, латунь). При изме­нении давления в трубопроводе 1 из­меняется положение трубки 2 и пере­мещается рычаг 4, тем самым изменяя положение магнитопровода 8 датчика относительно обмоток I — III катушки 7. При этом происходит изменение выходного сигнала, пропорциональное переме­щению магнитопровода.

9. Вспомогательные приборы и приспособления

На рис. 35 изображена конструкция компрессионного дистанционного датчика внешнего давления. Конструкция разработана автором этой книги. Дат-чик предназначен для определения давления в толще грунта, ледяных масси­вов, песчаных отложений при внешних силовых воздействиях различного про­исхождения, различной длительности и направления. Он позволяет измерять давление дистанционно, что особенно важно при проведении исследований в районах Крайнего Севера. Датчик может найти применение при исследовании сил пучения, а также при изучении распределения сил, воздействующих на грунт под строящимися зданиями и сооружениями, сил, действующих в массивах льда при посадке на них самолетов.

На рис. 35,а схематически изображена конструкция датчика всестороннего давления. Он состоит из эластичного (из маслотеплостойкой резины) сфериче­ского баллона 1, заполненного маслом. Полость баллона соединена с рабочей полостью поршневого пружинного датчика 2 давления. Поршень 3, поджимаемый пружиной 4, кинематически связан тягой 5 с движками резисторов RI и R2, подключенных к омметру.

Под действием силы F, воспринимаемой поверхностью датчика, внутри бал­лона 1 создается давление Р, которое воздействует на поршень 3. Поршень пере­мещается, сжимая пружину 4, и изменяет сопротивление резистивного элемента датчика.

В случае необходимости измерять направленное действие внешних сил, кон­струкцию датчика изменяют. Эластичный баллон заменяют жестким (см. рис. 35,6). С той стороны баллона 1, с которой надо измерить воздействие внешней силы F, установлена эластичная диафрагма 7. Перемещение поршня 3 датчика 2 с пружиной 6 регистрирует преобразователь 4.

На рис. 35,в показана конструкция элемента датчика, непосредственно вос­принимающего действующее в исследуемом массиве усилие. Он состоит из элас­тичного баллона 3 с приливом, в который вставлена соединительная металличес­кая трубка 6. Верхний конец трубки развальцован. Датчик или манометр соеди­няют с баллоном накидной гайкой 5 с уплотнительной шайбой 4 из мягкой меди (свинца или алюминия). Диаметр баллона в зависимости от назначения можно варьировать в пределах от 30 до 120 мм. Толщина стенок не имеет принципиаль­ного значения, так как датчик работает на принципе уравновешивающего внут­реннего противодавления.

На корпусе баллона размещены стандартная пресс-масленка 7 типа 1 и клапан 2 сброса воздуха с металлической пробкой 1. Клапан самодельный. Труб­ка и детали клапана 2 могут быть изготовлены из меди, латуни, нержавеющей стали. В случае применения вместо датчика давления пружинного манометра длина трубки 6 может достигать 10 м. Манометр может быть любой стандарт­ный требуемого класса точности на давление 0,6 — 16 МПа.

Перед началом работы в баллон через масленку заливают минеральное или трансформаторное масло, раствор спирта, глицерин или другую жидкость с тем­пературой замерзания не выше — 30° С. Жидкость заливают таким образом, что­бы она полностью заполнила внутреннюю полость баллона, трубки 6, рабочую полость датчика давления или пружинного манометра.

Установка для тарировки датчика схематически изображена на рис. 35,г. Она состоит из разборной камеры высокого давления 2, заполненной маслом и снабженной образцовым манометром 7, а также гидравлическим прессом 8 для создания избыточного давления. В верхней части камеры 2 имеется устройство 3 уплотнения трубопроводов 4, соединяющих испытуемое устройство 1 (баллон Датчика) с внешним манометром 5 и. датчиком давления 6.

Камеру 2 раскрывают и помещают внутрь испытуемый баллон 1. Полость баллона соединена с манометром 5 и датчиком давления 6 и предварительно заполнена жидкостью с небольшим избыточным давлением, около 0,02 МПа. Затем камеру 2 закрывают, уплотняют по фланцам и соединению 3, и заполня­ют компрессионной жидкостью. Затем гидравлическим прессом в камере созда­ют избыточное давление. Это давление изменяют ступенями и давление каж­дой ступени измеряют манометрами 5 и 7 и датчиком давления 6. По данным измерений строят тарировочные кривые.

Вместо резистивного преобразователя в датчике может быть использован Дифференциальный индуктивный датчик перемещения. Индуктивные датчики не имеют трущихся контактов, стабильны по характеристикам, просты в изготов­лении и надежны в работе.

Конструкция и габариты индуктивного датчика перемещения ИДТД (диф­ференциального трансформаторного) и ИДАД (дифференциального автотранс­форматорного) показаны на рис. 36. Обмотки датчика выполнены на трубке диаметром 10 мм из немагнитного материала. Датчики ИДАД имеют две оди­наковые обмотки по 1000 витков провода ПЭВТЛ 0,23. Датчики ИДТД имеют четыре обмотки по 1000 витков такого же провода. Суммарная длина обмоток у обоих датчиков — 60 мм. Длина магнитопровода (мягкое железо, сталь 3) — 33 мм, диаметр 6 мм. Он жестко скреплен с двумя направляющими диаметром 3 мм, выполненными из нержавеющей немагнитной стали.

Как видно из рис. 36, индуктивный датчик состоит из трубки-каркаса 5, на котором намотаны обмотки 9. Трубка 5 закреплена в пазах передней 3 и зад­ней 11 крышек корпуса 4. В отверстиях крышек скользят направляющие 6 и 8 магнитопровода 7. Следует обратить внимание на то, что к деталям датчика предъявляются жесткие требования по обеспечению соосности при сборке. Все детали, за исключением обмоток, каркаса 5 и направляющих 6 и 8, изготавли­вают из магнитомягкого металла, так как они являются элементами магнит­ной цепи. На направляющей 6 закреплен наконечник 1. Между наконечником 1 и крышкой 3 помещена возвратная пружина 2, служащая для прижима нако­нечника к детали, перемещение, которой надо измерять. На задней крышке II закреплен штуцер 10. с резиновым уплотнением 12, через который пропущен кабель 13 с разъемом 14.

Обмотки датчика должны быть строго симметричны. Поэтому обе катушки наматывают одновременно в два провода рядовой намоткой. Провод сматывают с двух катушек через специальный поводок с двумя направляющими провод узлами, расстояние между которыми равно длине одной обмотки. От симмет­рии намотки зависит линейность характеристик датчика.

Схема включения индуктивных датчиков ИДАД показана на рис. 37. Это мо­дернизированный мост переменного тока, выполненный на базе стандартного элек­тронного моста ЭМП-09 (могут быть использованы также МСР, КСМ и др.). Из моста удаляют реохорд и на его место ставят механизм привода магнито­провода компенсационного индуктивного датчика — полного аналога рабочего датчика. Механизм выполнен в виде установочного винта 1, позволяющего перемещать магнитопровод линейно на 10 мм за один оборот.

Оба датчика — рабочий и компенсационный — включены в измерительный мест. На одну диагональ моста подано переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц, а с другой диагонали снимают сигнал разбаланса. Этот сигнал после уси­ления усилителем 2 поступает на одну из обмоток электродвигателя. На вторую обмотку поступает напряжение сети. Усилитель 2 — фазочувствительный. Когда магнитопроводы датчиков находятся в одинаковом положении по отноше­нию к обмоткам, мост сбалансирован, двигатель 4 остановлен. Как только маг-нитопровод рабочего датчика изменит свое положение, появится сигнал разба­ланса, заработает электродвигатель и начнет вращать винт 1 до тех пор, пока магнитопровод компенсационного датчика не займет такое же положение и не восстановится баланс моста. С валом двигателя кинематически связан и ме­ханизм привода каретки самописца 3, поэтому на диаграммной ленте прибора будет записан сигнал, пропорциональный величине перемещения магнитопрово-да рабочего датчика.

На рис. 38 изображена типовая тарировочная кривая рассмотренного уст­ройства. Она практически линейна в рабочем интервале измеряемых переме­щений.

Недостаток рассмотренной схемы включения индуктивного датчика в том, что для измерения перемещений приходится вносить изменения в конструкцию заводских приборов. К тому же и изготовление установочного винта — очень ответственная и трудоемкая операция.. Поэтому для трансформаторных датчи­ков ИДТД была предложена схема, изображенная на рис. 39.

Основное достоинство этой схемы в том, что она не требует переделки за­водской конструкции самопишущих приборов и позволяет избавиться от ком­пенсационного датчика.

Как видно из рисунка, измеритель представляет собой мостовой диодно-ре-зистивный сумматор напряжений, снимаемых со вторичных обмоток датчика. Kj выходу сумматора непосредственно подключен электронный самопишущий по­тенциометр КСП-4 (вместо КСП-4 можно использовать цифровой вольтметр с выходом на цифропечать).