Устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали

Устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали

Реферат

 

Изобретение относится к измерению давления газообразных и жидких веществ и может быть использовано для контроля давления среды в пневматической магистрали. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь 10 давления в механическое движение, соединенный с пневматической магистралью 11. Двигатель преобразователя 10 соединен с осью вращения 9 торцевой стенки 8 волновода 7 отражателя 5 электромагнитных волн. Стенка 8 изменяет пространственное положение внутри волновода 7 с частотой, соответствующей изменению давления в магистрали 11. Передатчик 1 излучает в сторону отражателя 5 импульсный СВЧ сигнал. Сигнал, отражаясь от стенки 8 волновода 7, модулируется по амплитуде с частотой модуляции, соответствующей давлению в магистрали 11. Формирователь 3 импульсов стробирования запускает приемник 2 в ожидаемый момент времени прихода каждого из импульсов отраженного сигнала. Формирователь 4 сигнала аварийного давления, подключенный к выходу приемника 2, обеспечивает постоянную индикацию текущих значений давления в магистрали 11 и формирует аварийный сигнал. Достигнутая цель: расширение диапазона значений контролируемого давления, повышение достоверности, упрощение устройства. 2 з.п. ф., 2 ил.

Изобретение относится к измерению давления газообразных и жидких веществ и может быть использовано для контроля давления среды в пневматической магистрали.

Известно устройство для контроля тормозной магистрали поезда, содержащее связанные с тормозной магистралью последнего вагона поезда соединенный с электрогенератором пневмодвигатель и двухуровневый датчик давления и формирователь информационной посылки, подключенный к информационному входу передатчика /1/.

Недостаток известного устройства заключается в том, что электропитание передатчика, являющегося средством передачи информации о давлении в пневматической магистрали, находится в прямой зависимости от давления в магистрали. Это накладывает жесткие ограничения на величину диапазона контролируемых значений давления. Кроме того, наличие пневмодвигателя, который совместно с электрогенератором вырабатывает напряжение питания для передатчика, причем на входе пневмодвигателя переменное давление, а на выходе электрогенератора напряжение питания может изменяться в пределах 10 усложняет конструктивное исполнение устройства. В известном устройстве, кроме того, отсутствует возможность формирования продолжительного сигнала аварийного двигателя, что снижает достоверность результатов контроля.

Таким образом, известное устройство при его осуществлении не позволяет достичь цели, заключающейся в расширении диапазона контролируемых значений давления среды в пневматической магистрали, в повышении достоверности результатов контроля в упрощении устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для контроля тормозной магистрали поезда, содержащее последовательно подключенные тормозную магистраль, пневмодвигатель, электрогенератор и два накопителя электрической энергии, соединенные через диод, которые обеспечивают питание для передатчика /2/. Передатчик периодически передает информацию датчика давления. При аварийном снижении давления среды в тормозной магистрали поезда питание передатчика осуществляется за счет электрической энергии в накопителях.

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Информационная посылка, которую устройство формирует в режиме аварии, короткая и ее можно не зафиксировать. Это объясняется тем, что длительность работы передатчика в аварийном режиме определяется скоростью разряда конденсаторных батарей (накопителей электрической энергии). Известно, что для нормальной работы передатчика допустимое уменьшение напряжения питания составляет порядка 20 Примерный расчет показывает, что при мощности передатчика 7 Вт с рабочим током 0,5 А и емкости конденсаторной батареи, равной 100000 мкф, это время составит меньше 0,1 с. Кроме того, в устройстве передатчик работает периодически, включаясь по сигналу прерывателя, который может быть сформирован как раз в тот момент, когда напряжение на накопителях будет ниже допустимого для питания передатчика. В этом случае возможна ситуация, при которой не будут сформированы ни аварийная посылка информации, ни аварийный сигнал. Изложенные выше причины снижают достоверность результатов контроля.

Кроме того, использование для формирования напряжения питания передатчика давления в магистрали вносит ограничения по диапазону контролируемых значений давления. Во-первых, устройство не контролирует превышение давления, так как аварийный сигнал формируется только при понижении давления, что является причиной понижения питания передатчика. Во-вторых, устройство контролирует только вполне определенный диапазон давления в магистрали, включающий в себя допуски для рабочего давления в тормозной магистрали поезда. Ограничение на расширение контролируемого диапазона давлений объясняется тем, что в устройстве для преобразования давления в магистрали в электрическую энергию используют пневмодвигатель, который в совокупности с электрогенератором должен формировать вполне определенное напряжение питания, имея на входе переменное давление. Давление в тормозной магистрали поезда изменяется от 10 до 2 атмосфер. Готовых технических решений для реализации подобного пневмодвигателя нет, что усложняет как реализацию устройства, так и ограничивает диапазон контролируемых значений давлений в пневматической магистрали.

Таким образом, известно устройство для контроля тормозной магистрали при его осуществлении не позволяет достичь цели, заключающейся в расширении диапазона значений контролируемого давления в пневматической магистрали, а также в повышении достоверности результатов контроля и в упрощении устройства.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания устройства для контроля давления среды в пневматической магистрали, которое при его осуществлении позволяет достичь цели, заключающейся в расширении диапазона контролируемого давления, в упрощении устройства и в повышении достоверности результатов контроля.

Суть изобретения заключается в том, что в устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали, содержащее передатчик, приемник и формирователь сигнала аварийного давления, выход которого является выходом устройства, преобразователь давления в механическое движение, введены формирователь импульсов стробирования и отражатель электромагнитных волн, раскрыв которого переходит в волновод, торцевая стенка которого установлена с возможностью перемещения внутри волновода и соединена движителем преобразователя, кроме того, формирователь импульсов стробирования входом подключен к выходу синхронизации передатчика, а выходом к входу стробирования приемника, выход которого подключен к входу формирователя сигнала аварийного давления. Кроме того, формирователь сигнала аварийного давления содержит последовательно включенные фильтр, преобразователь "частота напряжение" и пороговое устройство, при этом преобразователь "частота - напряжение" выходом подключен, кроме того, ко входу индикатора давления, а вход фильтра и выход порогового устройства соответственно являются входом и выходом формирователя.

При этом преобразователь давления в механическое движение выполнен в виде трубки, размещенной внутри патрубка, сообщенного с пневматической магистралью, а движителем преобразователя является ось вращения трубки, при этом торцевая стенка волновода отражателя электромагнитных волн установлена внутри волновода на оси вращения, которая соединена с движителем преобразователя.

Цель достигается следующим образом. Передатчик излучает зондирующий сигнал в направлении отражателя электронных волн. Поскольку раскрыв отражателя переходит в волновод, то принятый сигнал проходит внутри волновода и отражается от его торцевой стенки. При этом часть энергии принятого сигнала теряется, и отраженный сигнал, излучаемый из раскрыва отражателя, имеет амплитудное значение, соответствующее потере энергии при отражении. Благодаря тому, что торцевая стенка волновода установлена с возможностью перемещения внутри волновода и при этом соединена с движителем преобразователя давления в механическое движение, изменение давления в магистрали вызывает изменение пространственного положения торцевой стенки внутри волновода, а следовательно, изменение внутренних геометрических размеров волновода. В свою очередь, изменение внутренних геометрических размеров волновода приводит к изменению коэффициента отражения зондирующего сигнала. Таким образом, отражатель формирует сигнал, промодулированный по амплитуде. Поскольку преобразователь давления в механическое движение выполнен в виде турбинки, ось вращения которой является движителем преобразователя, а торцевая стенка волновода установлена внутри волновода на оси вращения, которая соединена с движителем преобразователя, закон модуляции амплитуды отраженного сигнала соответствует синусоиде. При этом частота синусоидального сигнала является частотой модуляции отраженного сигнала и содержит информацию о давлении среды в пневматической магистрали, а именно: увеличение частоты модуляции отраженного сигнала соответствует возрастанию давления, а уменьшение частоты модуляции - снижению давления в магистрали. Таким образом, обеспечивается возможность получения информации о давлении среды в пневматической магистрали путем снятия информации непосредственно из самой магистрали, что расширяет контролируемый диапазон значений давления. При этом в предлагаемом устройстве контролируемый диапазон значений давления ограничивает только возможности устройства обработки отраженного сигнала.

Введение в устройство формирователя импульсов стробирования обеспечивает поочередность работы передатчика и приемника. Формирователь открывает приемник в ожидаемый момент времени прихода сигнала, сформированного отражателем, на время, примерно равное длительности импульса передатчика. Это обеспечивает уверенный прием полезного сигнала среди отраженных от других объектов сигналов, поступивших на вход приемника, и повышает достоверность результатов контроля.

Приемник принимает отраженный сигнал и передает его на вход фильтра формирователя сигнала аварийного давления. Фильтр обеспечивает прохождение на вход преобразователя "частота напряжение" сигнала с частотой в диапазоне возможных значений частоты модуляции отраженного сигнала, что также повышает достоверность результатов контроля. Преобразователь "частота-напряжение" формирует напряжение, соответствующее частоте сигнала на его входе. Пороговое устройство формирует аварийный сигнал или в случае превышения, или в случае уменьшения напряжения по сравнению с пороговым, или в обоих случаях. Индикатор давления обеспечивает индикацию текущего давления.

Введение в предлагаемое устройство отражателя электромагнитных волн, обеспечивающего прием от передатчика зондирующего сигнала, содержащего информацию о давлении среды в пневматической магистрали, обеспечивает возможность выполнения предлагаемого устройства из двух автономных частей, взаимодействующих через пространство: приемо-передающей и формирующей информацию о давлении в магистрали. Автономность приемо-передающей части позволяет непрерывно формировать информацию о текущем значении давлении среды в магистрали как при нормальном давлении в магистрали, так и при аварийных ситуациях, что повышает достоверность результатов контроля. Одновременно обеспечивает возможность формирования аварийного сигнала любой продолжительности во времени. Кроме того, выполнение устройства в виде двух автономных частей позволяет упростить устройство в целом, так как упрощает схему электропитания передатчика и приемника, исключает необходимость ключевых элементов.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет получить при его осуществлении дополнительный технический результат, а именно: благодаря тому, что в устройстве приемопередающая часть и часть устройства, формирующая информацию о давлении в магистрали, автономны и взаимодействуют через пространство, возможно часть устройства, формирующую информацию о давлении в магистрали и содержащую узлы, не требующие тщательного ухода, устанавливать непосредственно в месте контроля, а наиболее уязвимую часть аппаратуры - приемо-передающую устанавливать в стационарных пунктах контроля. Это облегчает ее техническое обслуживание и увеличивает срок службы.

Таким образом, предлагаемое устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали при его осуществлении позволяет достичь цели, заключающейся в расширении диапазона значений контролируемого давления, в упрощении устройства и в повышении достоверности результатов контроля.

На фиг. 1 дано устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали; на фиг.2 диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит передатчик 1, приемник 2, формирователь импульсов стробирования 3, формирователь 4 сигнала аварийного давления, отражатель электромагнитных волн 5, раскрыв 6 которого переходит в волновод 7, торцевая стенка 8 которого установлена внутри волновода 7 на оси 9 вращения, преобразователь 10 давления в механическое движение, подключенный к пневматической магистрали 11. Движитель преобразователя 10 соединен с осью вращения 9 торцевой стенки 8 волновода 7. Передатчик 1 выходом синхронизации подключен ко входу формирователя импульсов стробирования 3, который выходом подключен ко входу стробирования приемника 2, выход которого подключен к входу формирователя 4 сигнала аварийного давления.

Формирователь 4 сигнала аварийного давления содержит соединенные последовательно фильтр 12, преобразователь "частота напряжение" 23 и пороговое устройство 14. Кроме того, преобразователь 13 выходом подключен к индикатору давления 15 При этом вход фильтра 12 является входом формирователя 4, а выход порогового устройства 14 выходом 16 формирователя 4 и выходом устройства.

Формирователь 3 импульсов стробирования может быть выполнен, например, в виде ждущего мультивибратора с элементом задержки на входе.

Преобразователь давления в механическое движение на фиг. 1 не изображен. Турбинку устанавливают в патрубке, отведенном от пневмомагистрали. Ось вращения турбинки выводят наружу и соединяют с осью вращения 9 торцевой стенки 8 волновода 7.

В простейшем исполнении турбинка может иметь вид флажка, закрепленного на оси вращения.

Устройство работает следующим образом.

Устройство размещают на контролируемом отрезке пневматической магистрали, а именно: на одном конце устанавливают отражатель электромагнитной энергии 5, соединенный с преобразователем 10 давления в механическое движение, который подключен к пневматической магистрали 11; на противоположном конце устанавливают приемо-передающую часть устройство. Включают электропитание приемо-передающей части устройства. Передатчик 1 излучает импульсный СВЧ сигнал в сторону отражателя 5 (фиг.2а). По каждому импульсу передатчика 1 формирователя 3 импульсов стробирования формирует на входе стробирования приемника 2 импульс, задержанный на время прохождения одного импульса передатчика 1 расстояния до отражателя 5 и после отражения до антенны приемника 2. Длительность времени задержки зависит от длины контролируемого участка пневматической магистрали, расчитывают ее заранее и выставляют, изменяя, например, параметры элемента задержки на входе ждущего мультивибратора, формирующего импульсы стробирования.

По истечении времени задержки формирователь 3 импульсом стробирования запускает приемник 2, который принимает отраженный импульс (фиг.2б, в, г) и т.д.

Каждый импульс передатчика 1, попадая в раскрыв 6 отражателя 5, проходит вдоль его волновода 7 и отражается от торцевой стенки 8. Поскольку стенка 8 установлена внутри волновода 7 на оси вращения 9, которая соединена с осью вращения турбинки, то при вращении турбинки стенка 8 также вращается, изменяя внутренние геометрические размеры волновода 7, а следовательно, и коэффициент отражения СВЧ сигнала, что обусловливает модуляцию отраженного сигнала по амплитуде. Поскольку стенка 8 совершает вращательное движение, то закон изменения амплитуды отраженного сигнала носит синусоидальный характер. Снижение или увеличение давления в магистрали приводит соответственно к снижению или увеличению частоты вращения турбинки и, следовательно, стенки 8. В результате отраженный сигнал оказывается промодулированным по амплитуде. При этом информация о значении давления в магистрали содержится в частоте модуляции.

Таким образом, на вход приемника 2 от отражателя 5 поступает импульсный СВЧ сигнал, промодулированный по амплитуде с частотой вращения турбинки (фиг. 2д). Детектор приемника 2 выделяет огибающую этого сигнала, которая поступает на вход фильтра 12 формирователя 4 сигнала аварийного давления. Фильтр имеет полосу пропускания, включающую в себя диапазон возможных значений частот модуляции (фиг.2е).

Выделенный фильтром 12 сигнал поступает в преобразователь 13 "частота - напряжение", который формирует на своем выходе уровень напряжения, соответствующий определенному значению давления в магистрали, что отражает индикатор давления 15. При аварийном превышении или снижении уровня напряжения срабатывает пороговое устройство, которое может формировать, например, звуковой сигнал.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля давления среды в пневматической магистрали, содержащее передатчик, приемник, связанный через формирователь сигнала аварийного давления с выходом устройства, преобразователь давления в механическое движение, входом связанный с пневматической магистралью, отличающееся тем, что введены формирователь импульсов стробирования, подключенный между выходом синхронизации передатчика и входом стробирования приемника, и отражатель электромагнитных волн, выполненный в виде волновода с расширяющейся входной частью, торцевая стенка которого установлена с возможностью перемещения внутри волновода и соединена с движителем преобразователя давления в механическое движение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь сигнала аварийного давления выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, вход которого является входом формирователя, преобразователя "частота - напряжение", связанного с индикатором давления, и порогового блока, выход которого является выходом формирователя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь давления в механическое движение выполнен в виде турбинки, установленной внутри патрубка, связанного с пневматической магистралью, а торцевая стенка волновода закреплена на валу вращения турбинки, являющимся движителем преобразователя, с возможностью поворота внутри волновода.

РИСУНКИ

Рисунок 1