Счетчик-расходомер жидкого топлива

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Самусевич Константин Вячеславович Михлюк Андрей Александрович(57) 1. Счетчик-расходомер жидкого топлива, включающий датчик, счетчик жидкого топлива, счетчик времени, связанный с датчиком через ключ, более одного счетчика времени работы двигателя на различных режимах и индикатор, отличающийся тем, что между датчиком и банком счетчиков времени работы двигателя на различных режимах дополнительно включены анализатор длительности импульсов, фильтр-анализатор направления потока жидкого топлива, преобразователь с возможностью преобразования цифровой информации о количестве импульсов в единицы объема с учетом корректировки геометрической погрешности размеров камеры датчика в соответствии с предварительно составленной тарировочной таблицей, а значения длительности импульсов - в мгновенный расход, а также многоканальный переключатель, обеспечивающий сортировку и распределение импульсов в соответствии с их параметрами, полученными от преобразователя,по регистрам банка счетчиков в зависимости от сигнала-маски с выхода блока защиты от несанкционированного доступа, причем многоканальный переключатель выполнен с возможностью изменения настройки каждого канала на частоту и длительность пропускаемой им серии импульсов. 70042011.02.28 2. Счетчик-расходомер по п. 1, отличающийся тем, что фильтр-анализатор направления потока жидкого топлива выполнен с возможностью учета ложных импульсов, связанных с отклонениями в работе топливной системы ДВС и корректировки значений длительности сигналов, соответствующих ложным импульсам. 3. Счетчик-расходомер по п. 1, отличающийся тем, что банк счетчиков включает отдельный регистр учета информации о количестве ложных импульсов. 4. Счетчик-расходомер по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь выполнен с возможностью определения уточненных значений пролитого объема жидкого топлива посредством учета погрешности геометрических размеров камеры.(56) 1. Патент 2015569, 1994. 2. Информационный лист 132-99, серия 90.27.29, УДК 631.171 631.3. Мордовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации. 3. Патент 2205371, 2003. 4. Патент 012556, 2009. Полезная модель относится к контрольно-измерительным средствам для учета расхода топлива двигателями внутреннего сгорания и времени их работы и может быть использована для определения эксплуатационных показателей в области двигателестроения при конструировании, эксплуатации, диагностировании, испытании двигателей, а также в автоматизированных системах контроля за режимами работы транспортных средств. Известно устройство для регистрации времени работы двигателя 1, целью которого является повышение точности измерения времени работы двигателя на разных частотах вращения и времени изменения направления вращения двигателя. Устройство содержит датчик в виде магнита, укрепленного на вращающейся детали двигателя, и неподвижной обмотки, блок направления вращения вала двигателя, блок скорости вращения вала двигателя, переключающие элементы И-НЕ, счетчик номинальной частоты вращения, счетчик малой частоты вращения и счетчик изменения направления вращения полярности. Устройство осуществляет регистрацию времени работы двигателя на малой, номинальной частоте вращения, а также изменение вращения двигателя в обратную сторону,однако не предоставляет никакой информации о расходе топлива для указанных режимов работы двигателя, кроме того, магнитный датчик устройства не имеет защиты от воздействия внешних электромагнитных полей. Известны электронный расходомер топлива 2 и усовершенствованный термостабильный электронный расходомер топлива 3, состоящий из двух узлов первичного измерительного преобразователя, включенного в топливную магистраль двигателя внутреннего сгорания на участке между подкачивающей помпой и фильтром грубой очистки, и электронного блока на микропроцессорной основе, состоящего из формирователя импульсов, соединенного с одним из входов электронного ключа, второй вход которого соединен с управляющим устройством, входом подсоединенного к генератору образцовой частоты, вход электронного ключа соединен с одним из входов счетчика импульсов, второй вход которого соединен с управляющим устройством, а вход счетчика импульсов соединен с входом узла индикации. Недостатком известных расходомеров является низкая точность измерений из-за отсутствия учета и регистрации расхода топлива в зависимости от режимов работы двигателя. В качестве прототипа принято устройство для определения времени работы двигателя внутреннего сгорания 4, содержащее датчик расхода топлива, анализатор скорости расхода топлива, индикатор, по меньшей мере, два счетчика времени работы и ключ, соединенный с указанным анализатором и указанными счетчиками. Включение двигателя и 2 70042011.02.28 начало подачи топлива определяют работу соответствующего датчика, а связанный с ним анализатор скорости расхода топлива определяет значение скорости расхода топлива, отличное от нуля. При этом в зависимости от скорости расхода топлива, определяемой по количеству импульсов от датчика в единицу времени, анализатор с помощью ключа или переключателя может переключать импульсы, поступающие от часов либо на 1-й счетчик,соответствующий низкому расходу топлива, либо на 2-й счетчик, соответствующий номинальной скорости расхода топлива, либо на 3-й счетчик, соответствующий максимальному режиму расхода, при других возможных режимах - на другие счетчики количеством. Таким образом анализируют скорость расхода топлива (т.е. количество импульсов от датчика в единицу времени) и отсчитывают время работы счетчика в каждом заданном соответствующим режимом работы двигателя интервале скорости прохождения топлива через датчик. Недостатками прототипа являются отсутствие анализа возникновения ложных импульсов и связанной с ним первичной диагностики узлов двигателя низкая точность динамического распределения параметров работы двигателя по разным режимам его нагрузки, так как импульсы сигнала датчика, определяющие переключение импульсов от часов междусчетчиками, в том числе и ложные, имеют разную длительность, что приводит к погрешности в оценке расхода топлива в реальном масштабе времени для каждого конкретного режима работы двигателя отсутствие защиты от несанкционированного вмешательства в работу датчиков и анализатора. Задачами полезной модели являются повышение точности измерения и объективности оценки расхода топлива за счет проведения ее в реальном масштабе времени для каждого конкретного режима работы двигателя, выявления и учета появления ложных импульсов, связанных с отклонениями в работе топливной системы ДВС обеспечение защиты от несанкционированного вмешательства в работу узлов счетчика улучшение эргономических свойств прибора, связанных с удобством пользования и снятия показаний счетчика обеспечение вариативности настройки параметров счетчика на разные режимы работы двигателя. Техническая цель в соответствии с поставленной задачей достигается тем, что предлагается счетчик-расходомер жидкого топлива, включающий датчик 2, счетчик 17 жидкого топлива, счетчик времени 19, связанный с датчиком 2 через ключ 18, более одного счетчика для определения времени работы ДВС на различных режимах и индикатор, согласно полезной модели, между датчиком 2 и регистрами банка счетчиков для определения времени работы ДВС на различных режимах 9-14 дополнительно включены анализатор длительности импульсов 5, фильтр-анализатор направления потока жидкого топлива 6,преобразователь 7 с возможностью преобразования цифровой информации о количестве импульсов в единицы объема с учетом корректировки геометрической погрешности размеров камеры датчика 2 в соответствии с предварительно составленной тарировочной таблицей, а значения длительности импульсов - в мгновенный расход, а также многоканальный переключатель 8, обеспечивающий сортировку и распределение импульсов в соответствии с их параметрами, полученными от преобразователя 7, по регистрам банка счетчиков в зависимости от сигнала-маски с выхода блока 4 защиты от несанкционированного доступа, причем многоканальный переключатель 8 выполнен с возможностью изменения настройки каждого канала на частоту и длительность пропускаемой им серии импульсов. Многоканальный переключатель 8 сортирует сигналы единиц объема с преобразователя 7 и цифровых значений длительности импульса с фильтра-анализатора 6 в соответствии со значениями мгновенного расхода, полученными от преобразователя 7, и распределяет их по счетчикам 9-15. В зависимости от значения мгновенного расхода каждый из каналов переключателя 8 связывается с одним из регистров счетчиков 9-14, количество которых соответствует различным режимам работы двигателя. Каждый из каналов 3 70042011.02.28 фильтра-переключателя выполнен с возможностью изменения настройки на определенное значение длительности пропускаемых им импульсов в зависимости от соответствующего ему режима работы двигателя. Полезная модель поясняется чертежами фиг. 1-3. На фиг. 1 показана функциональная схема счетчика-расходомера жидкого топлива. На фиг. 2 отображены осциллограммы нефильтрованной и фильтрованной перед сортировкой серии импульсов. Фиг. 3 - графики учета погрешности геометрических размеров камеры датчика посредством тарировочной таблицы. Счетчик-расходомер имеет следующую структуру. 1, 3 - части топливопровода 2 датчик подачи топлива 4 - блок защиты от несанкционированного доступа 5 - анализатор длительности импульсов 6 - анализатор направления потока жидкого топлива 7 - преобразователь 8 - многоканальный переключатель 9-14 - банк цифровых счетчиков 15 счетчик ложных импульсов 16 - индикатор 17 - счетчик жидкого топлива 18 - ключ 19 - счетчик времени работы устройства 20 - таймер 21 - синхронизирующий генератор тактовой частоты. Счетчик-расходомер жидкого топлива работает следующим образом. Датчик 2 подачи топлива включается в разрыв топливопровода 1, 3 и формирует электрические сигналы(импульсы) прямоугольной формы с длительностью, определяемой временем прохождения определенного количества жидкого топлива через гидравлическую часть счетчикаанализатора и переключениями датчика (это количество определяется объемом камеры гидравлической части, например, 5 мл). Затем импульсы поступают на анализатор длительности импульсов 5, где происходит преобразование прямоугольного сигнала в цифровое значение длительности импульса на основании синхронизирующих сигналов с опорного таймера 20. Далее цифровое значение длительности импульса подвергается анализу в фильтреанализаторе направления потока жидкого топлива 6, который отфильтровывает ложные импульсы путем корректировки цифровых значений длительности импульсов. Ложные импульсы - сигналы, возникающие вследствие изменения направления потока измеряемой жидкости (например, из-за обратного гидроудара, обусловленного особенностями работы дизельного двигателя), длительность которых незакономерно отличается (обычно существенно меньше) от длительности информационных (правильных) импульсов. После корректировки значений длительности импульсов они поступают на преобразователь 7, где цифровая информация о наличии импульса (количестве импульсов) в соответствии с тарировочной таблицей преобразуется в единицу объема, а цифровое значение длительности (периода) импульса преобразуется в значение мгновенного расхода. В случае внешнего воздействия на счетчик 2 переменным или постоянным магнитным или электромагнитным полями, блок защиты 4 вырабатывает сигнал-маску несанкционированного доступа на многоканальный переключатель 8, который осуществляет сортировку сигналов единиц объема с преобразователя 7 и цифровых значений длительности импульса с анализатора 6 по счетчикам 9-14 в банке счетчиков. Направления импульсов при сортировке определяются в зависимости от состояния маскирующих сигналов от блока защиты 4 и в соответствии со значениями единиц объема и мгновенного расхода, полученными от преобразователя 7. При этом каждый из счетчиков (регистров банка счетчиков) связан с определенным режимом работы двигателя в зависимости от параметров импульсов, поступающих на счетчик после сортировки, например счетчик 9 - время работы двигателя в режиме холостого хода счетчик 10 - количество топлива, израсходованного в режиме холостого хода счетчик 11 - время работы двигателя в номинальном режиме счетчик 12 - количество топлива, израсходованного в номинальном режиме счетчик 13 - время работы двигателя в режиме внешнего воздействия магнитного поля счетчик 14 - количество топлива, израсходованного в режиме внешнего воздействия магнитного поля 4 70042011.02.28 счетчик 15 - количество ложных импульсов, справочная величина на основании которой может быть произведена качественная оценка работы элементов топливной системы. Таким образом, количество счетчиков в банке может быть от 2-х и более и они хранят и накапливают информацию для разных режимов работы двигателя о поступлении и расходе топлива, событиях несанкционированного вмешательства в работу счетчика, отклонениях в работе узлов топливной системы двигателя. При наличии сигнала-маски несанкционированного доступа от блока защиты 4 на соответствующем входе переключателя 8 информация о количестве единиц объема помещается в счетчик 14 при учете времени несанкционированного доступа в счетчике 13, а при отсутствии маскирующих сигналов от блока 4 сигналы, соответствующие параметрам режимов работы двигателя, сортируются и распределяются по счетчикам 9-12. Информация, соответствующая параметрам импульсов и хранящаяся в регистрах(счетчиках) 9-14, отображается в цифровом поле индикатора, при этом переключение индикации содержимого счетчиков происходит автоматически либо от внешнего воздействия оператора (кнопкой). Сигнал от датчика 2 поступает также на счетчик жидкого топлива 17 и ключ 18. Счетчик топлива 17 производит подсчет общего числа импульсов, перерасчет его в единицы объема и выводит результат на индикатор 16. Ключ 18 при наличии сигнала от датчика 2 подключает таймер 20 к счетчику времени 19, который производит подсчет импульсов от таймера и перерасчет их в единицы общего времени работы двигателя и выводит результат на индикатор 16. Синхронизирующий тактовый генератор 21 связан с опорным таймером 20 и через него синхронизирует работу всей системы. Учет появления ложных импульсов, связанных с отклонениями в работе топливной системы ДВС, и корректировка значений длительности сигналов, соответствующих ложным импульсам, осуществляются анализатором направления потока жидкости 6 через переключатель 8 следующим образом значение длительности каждого ложного импульса прибавляется к значению длительности следующего или предыдущего импульса,что поясняется графическим примером на фиг. 2. Информация о количестве ложных импульсов учитывается в соответствующем регистре банка счетчиков - в счетчике 15. Ее накапливание предупреждает о необходимости диагностирования топливного тракта двигателя. На осциллограмме фиг. 2,) показан нефильтрованный сигнал, поступающий с геркона датчика 2. Анализатор длительности 5 получает его и анализирует длительности полных сигналов (периоды) и длительности их полупериодов. В результате работы анализатора сигналприобретает цифровую форму 42,33 17,67 3,92 28,07 28,01 и далее числовые значения длительностей импульсов обрабатываются анализатором направления потока жидкости 6 по определенным критериям. Логика обработки следующая сигнал 17,67 имеет короткий положительный полупериод, тогда производится суммирование 42,3317,6760 сигнал 3,92 имеет короткий положительный, короткий отрицательный полупериоды, тогда результат суммирования следующий 3,9228,0731,99 сигнал 28,01 имеет короткий положительный полупериод, тогда сумма следующая 31,9928,0160. Таким образом, из последовательности импульсов 42,33 17,67 3,92 28,07 28,01 на выходе анализатора 6 получается последовательность сигналов с длительностями 60 60, которая изображена на фиг. 2,б) и представляет собой отфильтрованный сигнал из изображенного на фиг. 2 а), и который далее сортируется переключателем 8 в соответствующий из счетчиков 9-14. С целью повышения точности показаний датчика посредством учета погрешностей геометрических размеров его камеры и, следовательно, достижения соответствия реаль 5 70042011.02.28 ным условиям работы счетчика при его поверке составляется тарировочная таблица на специализированном стенде. При этом датчик устанавливается на стенд, где через него поочередно проливают порцию жидкого топлива, имитируя различные расходы топлива. На примере покажем составление тарировочной таблицы для датчика типа -4 или аналогичного ему. Пример. Пропускаемая датчиком порция жидкого топлива 2 л значения расхода 5, 20, 40, 80,120 л/ч снимают показания датчика рассчитывают объемкамеры гидравлической части по формуле 0/,где 0 - предыдущее значение объема камеры (содержится в памяти микроконтроллера,по умолчанию 05 мл)- показания датчика, л- количество пролитого топлива, л. На основании полученных данных составляют тарировочную таблицу. Значение расхода,л/ч 5 20 40 80 120 Расчетный объем камеры , мл 5,189 5,096 4,984 4,905 4,865 Данные расчетного объемакамеры для каждого из значений расходов заносятся в память микроконтроллера, который по этим данным в преобразователе 7 производит корректировку показаний. Процесс корректировки наглядно иллюстрируют графики на фиг 3. Ломаная линия 1 отображает график зависимости значений объемакамеры от скорости потока жидкости. Нелинейность графика, а собственно погрешность, возникает из-за процессов трения при работе датчика, который был построен с помощью тарировочной таблицы по вышеописанному примеру. Линия 2 отображает реальный график значений объема камеры от скорости потока жидкости, а линия 3 отбражает идеальный график значений объема камеры скорости потока жидкости. Преобразователь 7 цифровой величины в физическую путем аппроксимации обрабатывает полученные данные, приводя их к реальному графику, а затем, рассчитывая поправочный коэффициент, приводит данные к идеальному графику. Таким образом, учитывая погрешности геометрических размеров камеры, допущенные при ее изготовлении, посредством тарировочной таблицы, счетчик-расходомер выдает уточненные значения пролитого объема жидкости. С целью регистрации несанкционированного воздействия на работу устройства на плате электронной части счетчика-расходомера устанавливается относящийся к блоку защиты 4 датчик магнитного поля (например, геркон), магнитный ток срабатывания которого ниже или равен магнитному току срабатывания геркона, расположенного в гидравлической части датчика 2. При регистрации внешнего переменного или постоянного магнитного или электромагнитного поля упомянутый датчик блока защиты посылает сигнал (а в случае переменного магнитного поля сигналы) на фильтр-переключатель 8 микроконтроллера, который в таком случае производит запись данных, полученных от геркона датчика 2, в отдельные счетчики 14, а также регистрирует в счетчике 13 продолжительность времени воздействия внешнего магнитного поля. Позиции схемы 4-15, 17-20 представляют собой электронную часть счетчика-расходомера и выполнены на одном чипе микроконтроллера. 16 - представляет собой любой вид 6 70042011.02.28 электронного индикатора, который через согласующие цепи подключен к выходным шинам банка счетчиков 9-15 микроконтроллера. Информация из банка счетчиков 9-15, а также счетчиков 17, 19 дополнительно сохраняется в энергонезависимом запоминающем устройстве, управляемом микроконтроллером счетчика-расходомера, для сохранения информации в случае выхода из строя электронной части счетчика-расходомера. Питание электронной части счетчика-расходомера осуществляется от автономной батареи, что упрощает монтаж счетчика и исключает возможность выхода из строя электронной части счетчика-расходомера из-за превышения напряжения питания. Датчик 2 представляет собой гидравлическую часть заявляемого счетчикарасходомера, которая реализована на основе камер счетчиков объема жидкости с вращающимся поршнем (например, -4 ). Гидравлическая часть включает вращающийся поршень, направляющий ролик и привод, которые являются единственными движущимися частями, вступающими в контакт с жидкостью. Их движение связано с величиной магнитной индукции через пластинку уплотнения. Изменение магнитного поля передается через латунную крышку камеры на герконовый импульсный датчик (геркон) и преобразуется в электрический импульс, который по проводам передается в электронный модуль счетчика-расходомера. Основными особенностями применения камер счетчиков объема жидкости с вращающимся поршнем являются большие объемы измерения, высокая точность, возможность использования в случае большой вязкости, независимость от электропитания. Также перебои в течении потока жидкого топлива не влияют на ход функционирования счетчика. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7