Введение к работе
Актуальность. Повышение требований к топливяо:* эконшичностп, эколсгячности и эффективности использования автотранспорта привело к необходимости создания средств измерения расхода топлива на борту автомобиля. Применение их позволяет осуществлять контроль и учет потребляемого топлива при стендовых и дородных испытаниях, диагностировании и регулировке двигателей, марярутнсм нормировании, а такне в процесса эксплуатации.
Широкое распространение в настоящее время получили механические объемные преобразователи расхода топлива, обеспечивающие удовлетворительную точность измерения на расходах, характерных для грузовых автомобилей. Однако наличие у механических преобразователей зоны нулевой чувствительности в области малых расходов обуславливает увеличение погрешности изьйрения при их работе на легкових автомобилях, а критичность к загрязнению и засмоленню топлива сникает их эксплуатационную надежность.
Существенное улучшение характеристик"преобразователей малых расходов возможно на основе бесконтактных (немеханическлх)методов измерения расхода. Наиболее перспективным представляется ультразвуковой метод, основанный на геометрическом суммировании скоростей ультразвуковой еоден и потока. Основным недостатком существующих ультразвуковых расходомеров (73?) является наличие аддитивной то'їяіературной погрешности (дрейфа нуля), вызванной в основном неидэнтичпсстью характеристик пьезоэлементов в рабочем диапазоне температур. Такая погрешность соизмерим? с никнкл пределом измерения расхода топлива па автомобиле, что не позволяет применять известные схемы УЗР без введения дополнительных мзр. тем не менее, потенциальное преимущество ультразвукозого ггзтода измерения расхода по сравнений с механическими определяет актуальность разработки и исслэдовакиа ультразвукового измерителя расхода ягдкое-гл с ориентацией на повнгвэниэ точности лзї.врения малых расходов.
Дель работы состоит в'создании измерителя малых расходов ;лтд~ кости, пригодного для измерения расхода топлива на борту легковых автомобилей и сблрлгющего повыпенныкп функционально-эксплуаташг-опннья я производотБенио-тежологкчесгяиз характеристиками по сразненза с существующими устройствами аналогичного назначения.
Задача научного исследования заключается в разработке и исследовании путей повышения точности измерения малих расходов яідкос-
ти ультразвуковым методом, задача решается в следующих.направле-
гаїях:
анализ особенностей ультразвукового метода измерения при рабо». г.:э на низкоскоростннх потоках;
разработка мероприятий по уменьшении аддитивной температурной погрешности УЗР;
разработка мероприятий по уменьшению зависимости результата измерения от флуктуации влияющих физических величин и фазовой структури потока;
определение оптимальных конструктивных параметроз узлов ^ЗР;
разработка специализированного метрологического обеспечения;
создание и внедрение, экспериментального образца расходомера. " Методы исследования. Теоретическое исследование проведено с применением математического анализа, теории вероятностей и мате-гатическил статистики. Результата экспериментальных исследований обработаны с использованием методов математической статистики.
Научная новизна. Выявлены фактори, затрудняющие реализацию ультразвукового метода измерения на малых расходах. Произведена оценка дрейфа нуля существующих схем УЗР'. Выведена формула для определения порога реагирования та? с одновременным зондированием акустического канала (каналов) по потоку н против потока.
Предложен способ исключения дрс-йфа нуля УЗР путем использования моноканальяой схемы с модуляцией потока. Определены составляющие погрешности измерения, связанные с реверсированием потока.
Разработана математическая модель синхрокольца УЗР как частно
го вида частотного измерительного преобразователя. Введено обоб
щенное представление управляючих сигналов в еидє полярно симмет
ричных функций, обеспечивающих уменьшение влияния флуктуируаадих
физических параметров на результат измерения. Получена зависи
мость погрешности измерения от вида функций и интенсивности флук
туации. .
Разработан алгоритм замены недостоверной информации о расхода при нарушении фазовой однородности потока. Определена погрешнооть измерения в случае единичных сбоев информации. Определена грапуи-ровочная характеристика моїюканального УЗР с реверсированием потока, на основе которой виявяенн фактора, определяю не сановную и дополнительную составляющие погрешности расходомера.
яя метрологического обесаечешя УЗР подложен вариант ожш
передачи размера единицы объемного расхода яядкости рабочим средствам измерений на базе трубопоршкевих генераторов расхода (ТГР). Разработан ряд алгоритмов синтеза сигнала управления электроприводом ТГР, обеспечивающих нестационарное воспроизведение расхода дшдкостд с цельэ повышения производительности поверочных операций.
Практическая ценность. Разработаны электрическая схема и конструкция моноканального УЗР с модуляцией (реверсированием) потока, обеспечивающего измерение малых расходов жидкости, в частности, расхода топлива на борту автомобиля. Для трубопроводов большого сечения и открытых каналов предаойвна схема преобразователя расхода с вращением излучающе-приемной пары пьезоэлемзнтов. Приведены схемы синтеза уцравлящих сигналов для частотных v^P. Разработаны технические решения задачи обеспечения надеяной работы ^3? при наличии пузырьков воздуха в контролируемой яидкостп. Разработаны схемы технических средств поверки измерителей малых расходов, в частности, генератора расхода с возможностью изменения расхода яздкости по линейному во временя закону и генератора с повышенной точностью всспроизведэготя ?лгновенного расхода. Разработала методика градуировки (калибровки) и поверки 73Р с помощью ТГР, а такие методика поверки сашх ТГР.
Реализация и внедрение результатов работы, экспериментальный образец ультразвукового счетчика автомобильного топлива типа V3GT передан на эксплуатации в Управление главного конструктора ГГО "Елабужский заЕОД легковых автомобилей" л та контроля расхода бензина во время дородных и стендовых испытаний микролитражных автомобилей. Результаты проведенных исследований использованы таккз Казанским цроектно-технодогическим бкро ИГО "Татавтотранс" при разработке диагностических комплексов для автомобилей с карбюраторными двигателями. Технические решения по повышению точности воспроизведения расхода использованы:.при создании поверочных установок типов ТПУ-Ж и ТП7-ПД, разработанных в Казанском пр^кт-но-коцструкторском бюро автоматизации на автомобильном транспорте, изготовленных "а Казанском опытном заводе "Эталон" и внедренных в ПТБ ГПО "Татавтотранс" и в Государственном научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (г.Москва) для проведения лабораторных испытаний расходомеров и счетчиков топлива; при разработке поверочной установки типа УНР-7,2, созданной
зо ШИР и внедренной на Лявенском ПО "Промприбор" для позерки и градуировки счетчиков дагкостп, а также при разработке во ВБЖР эскизного проекта прецизиоішого ТГР с гравитационным приводом. Внедрение результатов работа подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы , докладывались и обсуждались на республиканских научно-практичес-ких конференциях "Опыт применения вдкро-ЭЗМ дая совершенствования . управления производством, автоматизации производственных процессов и обработки экономической ЕНсТюрмздпи" (Казань, 1982г.) и "Повышение эффективности использования микропроцессорной техники" (Казань, 1981г.), на I Всемирном конгрессе мекдукародной конфедерации по измерительной технике и приборостроению ИМ5КО-85 (Прага, 1985г.); ка УШ Всесоюзной научно-технической конференции Госстан-, дарта СССР "Метрология и стандартизация в научно-технической революции" (Новосибирск, 1989г.), на УТ Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие снстеш метрологического обеспечения измерений расхода и количества веществ" ("Казань, 199Гг.), а такяэ на каучно-техшхческо": конференции Казанского авиационного института по итогам работы за Г985-86г.г.
ТТу^тлкации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в т.ч. получено б аагорсшх свидетельств на изобретения и 2 положительных решения о шдаче патента.
Структура и объем диссертации. Лиссергация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из ГЗЗ наименований и приложения* Основная часть диссертации содержит 143 страницы машинописного текста и включает в себя 19 рисунков и 3 таблица. Акты внедрения результатов работы представлены в прплскашш.
