розділ 2
розробка повнопоточного денситометричного датчика ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ ТА
електромеханічного коректора паливоподачі АВТОТРАКТОРНОГО дизеля
2.1. Дослідний повнопоточний денситометричний датчик САР паливоподачі
автотракторного дизеля
При впровадженні системи автоматичного регулювання паливоподачі дизелів за
патентом № 57160 [97] постала необхідність розробки конструктивних заходів для
забезпечення сталого функціонування повнопоточного денситометричного датчика зі
збереженням точності його роботи на автотракторному дизелі в умовах
експлуатації.
В основу захисної системи експериментальної конструкції денситометричного
датчика (ДД) покладено окремі технічні рішення, які стабілізують роботу
оптичного детектора (рис. 2.1) [77]. Розробку захищено патентом України № 80612
на винахід [99].
Повнопоточний денситометричний датчик складається з випромінювача 9 та
фотоелектричного детектора 17, оптичні елементи яких розташовані, відповідно, в
насадках 10 та 16, закріплених на випускній трубі 1 дизеля із зовнішньої
сторони, діаметрально, навпроти один одного, на одній оптичній осі.
Аеродинамічний захист оптичного каналу на усталених швидкісних режимах
реалізується застосуванням комбінованого соплового елемента 13, у поєднанні з
ефектом повітряних штор, створюваних напрямними циліндричними каналами 20. Кут
нахилу осі каналів із дотичною до поверхні стінок газоходу забезпечує
змішування ежектованого повітря з відпрацьованими газами вище вимірювальної
зони по напрямку руху потоку. Це дозволило уникнути зміни фотометричної бази
[132, 28] у відповідності до вимог стандартів.
Застосування в кронштейнах оптичної системи заспокоювачів, у вигляді пологого
зрізаного конуса 23, та ступеневе розташування оптичних діафрагм між
порожнинами корпусів механічних шторок сприяють осіданню часток сажі та інших
включень у турбулентних потоках на нестаціонарних режимах дизелів.
Рис. 2.1. Конструкція повнопоточного оптичного детектора з актуаторами очисних
елементів
Оптична система побудована за класичною схемою для вбудованих повнопоточних
денситометрів ("іn-lіne full-flow opacimeter" ІSO 11614:1999 [130]). Вона
складається з випромінювача 9, дволінзового конденсора 10, вимірювальної
димової зони довжиною 0,0716 м, фокусного об’єктива 16, котрий містить збірну
лінзу та меніск. Усі деталі виготовлені в умовах оптико-механічного
виробництва, зібрані й пройшли «закатку» на верстатному обладнанні й повірені в
заводській лабораторії. Оптична система забезпечує п’ятикратне підсилення
світлового випромінювання. Фокусування випромінювача і приймача може
забезпечуватись юстуванням їх стаканів відносно тубусів 11 із наступною
фіксацією стопорними гвинтами. Циліндричні проточки оптичного каналу в стінках
комбінованого сопла виконані з діаметром 10 мм. Вони формують площу світлового
стовпа й одночасно виконують функцію оптичних діафрагм, та зменшують
потрапляння часток у ВГ на поверхню захисного скла 15.
У приймачі реалізовано монтажну плату електронних компонентів, які утворюють
операційний підсилювач для сигналу фотодіоду з спектральною чутливістю
людського ока. Фотодіод HSDL-9000 фірми Agilent Technologies має 9 рівнів
цифрового підсилення чутливості, цифровий та аналоговий режим відстеження
світлового випромінювання й чутливий елемент з плівковими світлофільтрами,
котрі забезпечують його пікову характеристику (л=550 нм) в зоні видимого
спектру світлової радіації [127]. Якщо пронормувати максимальну амплітуду
напруги насичення фотоелемента у відносних одиницях (рис. 2.2) і порівняти
характер її розподілу в діапазоні світлового спектру з довжиною хвиль
л=(430…680) нм, то можна зробити висновок, що цей фотодіод цілком задовольняє
вимоги стандартів [130, 59, 90] щодо спектральної чутливості фотоелектричного
перетворювача. На відміну від типової спектральної характеристики кремнієвих
(штрихпунктирна крива на рис. 2.2) та селенових фотоелементів, які продуктивно
охоплюють зону інфрачервоного спектру, HSDL-9000 не потребує додаткових
корегувальних світлофільтрів і займає площу на монтажній платі приймача 17
(рис. 2.1) близько 6 мм2 [128].
Для узгодження амплітудних характеристик вихідного сигналу фотодатчика з
можливостями аналогово-цифрового перетворювача, в його електричній схемі
реалізовано неінвертований операційний підсилювач, безпосередньо в
освітлювальній зоні приймача. Така реалізація забезпечила кращу температурну
стабілізацію від впливу темнових струмів та зменшила вплив шумових
спотворювачів сигналу при збереженні високої чутливості [78].
Рис. 2.2. Відносна спектральна чутливість фотодіоду HSDL-9000 у порівнянні з
чутливістю людського ока та характеристикою кремнієвих фотоелементів:
Випромінювач світлового потоку реалізовано з використанням жовто-зеленого
напівпровідникового світлодіоду LVG13633 фірми LIGITEK, на світлові
характеристики якого було отримано міжнародний сертифікат відповідності. Пікова
спектральна характеристика випромінювання заявляється виробником на рівні л=565
нм, при цьому забезпечується світлосила від 1000 до 1500 Кд, з тілесним кутом
0,666 рад. Світлодіод 9 (рис. 2.1) змонтовано в типовому цоколі діаметром 10 мм
із мінірефлектором.
Для досягнення стабільної прозорості оптичних деталей денситометра застосовано
автоматичну систему електромеханічного очищення поверхні захисних стекол [77,
99]. Очисна система складається з механічних шторкових очисників 13 (рис. 2.3),
притиснених до робочої поверхні скла 8 пластинчастими пружинами 11. Скребкові
робочі елементи 12 виконані збірної конструкції із фетрової основи з
пласти
- Київ+380960830922