Високоточний витратомір моторного палива з цифровою обробкою вимірювальної інформації

Високоточний витратомір моторного палива з цифровою обробкою вимірювальної інформації, C2 2 (19) 1 3 91160 4 в'язкістю і густиною, що отримані з альтернативної тронна обчислювальна машина (ЕОМ), причому сировини. Самі термоперетворювачі також вновиходи першого, другого, третього і четвертого сять часову затримку у зміни вимірювального сигтермоперетворювачів підключені відповідно до налу при зміні витрат моторного палива, що обупершого, другого, третього та четвертого входів мовлено інерційними властивостями цих нейропроцесора, п'ятий вхід якого з'єднаний з витермоперетворювачів. ходом блоку перемикачів, а вихід нейропроцесора В результаті, при частих змінах величини виз'єднаний зі входом ЕОМ, перший вихід якої підктрат моторного палива, що має місце, наприклад, лючено до входу блоку перемикачів, а її другий при експлуатації витратоміра в складі двигунів вихід є виходом всього пристрою. внутрішнього згорання, виникає суттєва динамічна В пристрої-винаході використовується нейропохибка вимірювань. Оскільки в складі пристроюпроцесор, що виконує корекцію динамічних похипрототипу відсутні засоби корекції динамічних побок вимірювань витрат моторного палива. Нейрохибок, то він має низьку точність. процесор запрограмований таким чином, що Моторне паливо з альтернативної сировини реалізує відновлюючий фільтр вимірювальної інмає фізико-хімічні властивості, що суттєво відрізформації на основі використання штучної нейронняються від властивостей моторного палива, ної мережі, яка складається з адаптивних лінійних отриманого з нафтопродуктів. Крім того, ці властинейронів [2, с. 122-131; 3, с. 124-133]. Результатом вості можуть змінюватися для моторного палива з такої фільтрації і є корекція динамічних похибок альтернативної сировини, отриманого від різних вимірювань. виробників, за різними технологіями та з різних До складу пристрою-винаходу введено ЕОМ видів альтернативної сировини. та блок перемикачів. При зміні виду моторного При цьому відрізняється розподіл температурпалива ці блоки разом з нейропроцесором забезного поля для однакових витрат моторних палив, печують адаптацію витратоміра до фізико-хімічних що мають відмінні фізико-хімічні властивості. Осківластивостей нового виду моторного палива. Адальки в складі пристрою-прототипу відсутні засоби птація здійснюється шляхом введення оператором врахування та компенсації відмінностей темперав ЕОМ відомостей про властивості нового виду турного поля для різних видів моторного палива, моторного палива та навчання штучної нейронної то виникає додаткова похибка вимірювань при мережі в нейропроцесорі. В процесі навчання визміні виду моторного палива в процесі експлуатакористовуються тестові сигнали вимірювальної ції витратоміра. інформації, що поступають на нейропроцесор з На величину та розподіл температурного поля блоку перемикачів під управлінням ЕОМ. В рев потоці моторного палива також впливає темпезультаті врахування відмінностей фізико-хімічних ратура навколишнього середовища. Оскільки в властивостей різних видів моторного палива підскладі пристрою-прототипу відсутні засоби вимівищується точність вимірювань його витрат. рювання температури навколишнього середовиВ пристрої-винаході використовується чотири ща, то виникає додаткова похибка вимірювання термоперетворювачі. Перший і другий термоперевитрат моторного палива, обумовлена змінами творювачі розміщені у потоці моторного палива на температури навколишнього середовища в процефіксованих відстанях l1 і l2 від третього термопересі експлуатації пристрою-прототипу. Особливо творювача, який розміщений безпосередньо на значною ця похибка може бути при вимірюванні нагрівачі. Це дозволяє отримати більш повну і товитрат моторного палива двигунами внутрішнього чну картину розподілу температурного поля у позгорання, що працюють в змінних кліматичних тоці моторного палива, особливо для моторного умовах. палива з альтеративної сировини, що має підвиВ складі пристрою-прототипу відсутні засоби щену густину та в'язкість і тому характеризується накопичення, аналізу та зберігання вимірювальної нерівномірним та сповільненим протіканням через інформації про витрати моторного палива, що обвитратомір. Четвертий термоперетворювач розмежує функціональні можливості цього пристрою в міщений із зовнішнього боку трубки. Він дозволяє процесі його експлуатації. визначити зміни температури навколишнього сеТаким чином, пристрій-прототип має низьку редовища та врахувати їх вплив на температурне точність та обмежені функціональні можливості поле в потоці моторного палива. Це особливо вавимірювання витрат моторного палива, в тому жливо при вимірюванні витрат моторного палива числі отриманого з альтернативної сировини. двигунами внутрішнього згорання, що працюють в В основу винаходу поставлена задача удоскозмінних кліматичних умовах. В результаті підвиналення витратоміра моторного палива, щоб защується точність вимірювань витрат моторного безпечити підвищення точності і розширення фунпалива. кціональних можливостей вимірювання витрат Розширення функціональних можливостей моторного палива. пристрою-винаходу забезпечується шляхом викоПоставлена задача вирішується шляхом того, ристання ЕОМ для накопичення, аналізу та зберіщо додатково введені третій термоперетворювач, гання вимірювальної інформації про витрати морозміщений безпосередньо на нагрівачі, та четветорного палива. Таким чином, пристрій-винахід ртий термоперетворювач, розміщений із зовнішмає підвищену точність та розширені функціонанього боку трубки, а перший і другий термоперельні можливості вимірювань витрат моторного творювачі розміщені у потоці моторного палива палива, в тому числі отриманого з альтернативної послідовно один за одним на фіксованих відстанях сировини. l1 і l2 від третього термоперетворювача, додатково введені нейропроцесор, блок перемикачів та елек 5 91160 6 Суть винаходу пояснюється кресленням, на хімічних властивостей моторного палива, витрати якому зображено структурну схему пристроюякого вимірюються. Це здійснюється шляхом ввевинаходу. дення оператором в ЕОМ відомостей про властиВисокоточний витратомір моторного палива з вості наявного виду моторного палива, витрати цифровою обробкою вимірювальної інформації якого вимірюються, та навчання штучної нейронмістить трубку 1 з потоком 2 моторного палива, ної мережі (на схемі не показана) в нейропроцесонагрівач 3, джерело 4 енергії, перший 6, другий 7, рі 8. В процесі навчання використовуються тестові третій 5 та четвертий 11 термоперетворювачі, сигнали вимірювальної інформації, що поступають нейропроцесор 8, блок 9 перемикачів та ЕОМ 10. на п'ятий вхід нейропроцесора 8 з блоку 9 перемиДо входу нагрівана 3, що розміщений у потоці качів під управлінням ЕОМ 10. Корекція парамет2 моторного палива, підключено вихід джерела рів алгоритмів обробки значень температури заенергії 4. безпечує врахування фізико-хімічних властивостей Четвертий термоперетворювач 11 розміщений наявного виду моторного палива і, на цій основі, із зовнішнього боку трубки 1. Третій термоперебільш точну корекцію динамічних похибок вимірютворювач 5 розміщений безпосередньо на нагрівань витрат. вачі 3, а перший 6 і другий 7 термоперетворювачі Значення температури навколишнього серерозміщені у потоці 2 моторного палива послідовно довища та температури в потоці 2 моторного паодин за одним на фіксованих відстанях l1 і l2 від лива з урахуванням компенсації динамічних похитретього термоперетворювача 5. бок надходять з виходу нейропроцесора 8 на вхід Виходи першого 6, другого 7, третього 5 і четЕОМ 10. ЕОМ 10 перераховує ці значення у потовертого 11 термоперетворювачів підключені відчну величину витрат моторного палива та видає повідно до першого, другого, третього та четверторезультат вимірювань витрат Qвим на свій другий го входів нейропроцесора 8, п'ятий вхід якого вихід, що є виходом всього витратоміру-винаходу. з'єднаний з виходом блоку 9 перемикачів. Вихід Для перерахунку використовуються залежності, нейропроцесора 8 з'єднаний з входом ЕОМ 10, наведені в [1, с. 328-330, 4, с. 245-246]. перший вихід якої підключено до входу блоку 9 В ЕОМ 10 оператором може вводитися додатперемикачів, а її другий вихід є виходом всього кова інформація про наявний вид моторного палипристрою. ва та його фізико-хімічні властивості. В залежності Високоточний витратомір моторного палива з від цього, ЕОМ 10 коригує параметри алгоритмів цифровою обробкою вимірювальної інформації перерахунку значень температури у поточну велипрацює таким чином. чину витрат моторного палива. В результаті заПотік 2 моторного палива, витрати Q якого побезпечується більш точний перерахунок і, як натрібно вимірювати, протікає по трубці 1 повз нагріслідок, підвищується точність витратомірувач 3 та третій 5, перший 6 і другий 7 термоперевинаходу. творювачі. Нагрівач 3 за рахунок надходження ЕОМ 10 також виконує операції накопичення, енергії від джерела 4 енергії підігріває потік 2 моаналізу та зберігання вимірювальної інформації торного палива та створює в ньому температурне про поточні витрати моторного палива, що фіксуполе. ються витратоміром-винаходом. Величина температури в цьому полі зменшуДля перевірки працездатності пристроюється зі збільшенням відстані від нагрівача 3. При винаходу було створено та досліджено його діюцьому, температура нагрівача 3, що фіксується чий макет. В якості трубки 1 було використано метретім термоперетворювачем 5, обернено пропоталеву трубку діаметром 20 мм та довжиною рційна витратам моторного палива. Зменшення 300мм; джерела 4 енергії - двополярний блок живтемператури в температурному полі, що фіксуютьлення постійного струму з вихідною напругою 12 ся першим 6 і другим 7 термоперетворювачами, В; нагрівача 5 - циліндрична котушка, виготовлена також обернено пропорційне величині витрат моз ніхромового дроту з високим електричним опоторного палива. Вказані значення температур таром ("ніхром" - Х20Н80); першого 6, другого 7 і кож залежать від фізико-хімічних властивостей третього 5 термоперетворювачів - транзистори (густина, теплопровідність та кінематична в'язКТ342, в яких змінюється величина струму колеккість) моторного палива, що протікає в трубці 1 [4, тора при зміні температури в потоці моторного с. 245-246]. палива. Значення температурного поля на нагрівачі 3 В якості четвертого термоперетворювача 11 та в потоці 2 моторного палива, що зафіксовані було використано промисловий датчик температутретім 5, першим 6 і другим 7 термоперетворювари з цифровим виходом, що узгоджений з стандачами, надходять в нейропроцесор 8. Нейропроцертними вхідними інтерфейсами ЕОМ 10. сор 8 виконує обробку часових послідовностей цих Для досліджень використовувалося моторне значень з метою компенсації динамічних похибок. паливо (біодизель) марки БИО-100, отриманий з Ці похибки виникли внаслідок інерційності першого ріпакової олії. Його основні фізико-хімічні власти6, другого 7 і третього 5 термоперетворювачів при вості: 3 зміні величини поточних витрат моторного палива. - щільність (при t=20°С) - 877 кг/м ; Значення температури навколишнього середови- октанове число, (не менше) - 48; ща, що зафіксовані четвертим нагрівачем 11, та- кінематична в'язкість (при t=20°C) - 8,0 мм2/с; кож надходять в нейропроцесор 8. - вміст домішок: сірки - не більше 0,02%; золи Параметри алгоритмів обробки значень темне більше 0,02%; води - 0,05%; сумарний вміст ператури, що реалізовані в нейропроцесорі 8, могліцерину - 0,3%. жуть коригуватися в залежності від зміни фізико 7 91160 8 В якості ЕОМ 10 було використано цифрову Література ЕОМ типу Pentium 4 - 1,7 ГГц. Робота нейропроце1. Поліщук Є.С., Дорожовець М.М., Стадник Б.И., сора 8 та блоку 9 перемикачів моделювалася проІвахів О.В., Бойко Т.Г.: Засоби і методи вимірюграмно на цій цифровій ЕОМ. вань неелектричних величин: Підручник / За ред. Характеристики витратоміру-винаходу досліпроф. Є.С. Поліщука - Львів: Видавництво «Бескид джувалися на його діючому макеті в умовах ексБіт» - 618 с. плуатації, що відповідають витратам моторного 2. Шматок C.O., Подчашинський Ю.О., Шматок палива двигуном внутрішнього згорання, який О.С.: Математичні та програмні засоби моделюпрацює в змінних та нестаціонарних умовах робовання пристроїв і систем управління. Використанти. Точність вимірювань витрат моторного палива ня нечітких множин та нейтронних мереж: Навчаза умови корекції динамічних похибок та врахульний посібник - Житомир: ЖДТУ, 2007. - 280 с. вання поточних значень фізико-хімічних властиво3. Руденко О.Г., Бодянський Є.В. Штучні нейронні стей цього палива підвищилась у (1,5...1,8) разів. мережі: Навчальний посібник - Харьків: ТОВ «КомТаким чином, пристрій-винахід забезпечує підпанія СМІТ», 2006. - 404 с. вищення точності та розширення функціональних 4. Спектор С.А. Электрические измерения физиможливостей вимірювань витрат моторного палических величин: Методы измерений: Учеб. посова, в тому числі отриманого з альтернативної сибие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, ровини. отд-ние, 1987. - 320 с. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601