RU2832565C1

RU2832565C1 - Method of monitoring pressure at inlet of gas electromagnetic valve and device for its implementation

Info

Publication number: RU2832565C1
Application number: RU2024106290A
Authority: RU
Inventors: Иван Анатольевич Гладков; Сергей Михайлович Иванов; Виктор Валерьевич Изотов; Александр Федорович Сонин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date: 2024-03-06
Publication date: 2024-12-25

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: method of monitoring pressure at the inlet of a normally closed gas electromagnetic valve (EMV) involves determination of the local current maximum at the beginning of the electromagnet (EM) armature movement when supply voltage is applied to its winding. Signal corresponding to current value in EM winding is processed by low-pass filter. Value of the local maximum of the filtered signal is determined from several of its successive readings and used to determine the value of pressure at the inlet of the gas EMV at the moment of its opening using the EMV passport data on the dependence of the local maximum of the filtered signal on the pressure at the EMV inlet for the known value of supply voltage. Voltage of the power supply is stabilized, a threshold value of current in the winding is set, and the time interval from the moment of connection of the power supply to the winding of the valve EV is measured to the moment when the current in the winding reaches the threshold value. Measured values of this time interval and the local maximum of the filtered signal corresponding to the current value in the EM winding are used to determine the pressure value at the inlet of the gas EMV at the moment of its opening. Threshold value of current in the winding is selected below the minimum possible value of current in the winding, at which during operation of the EM valve its actuation is possible. To implement the disclosed method, a functional diagram of the device is disclosed. Most of the elements of this circuit, which provide processing of current and time interval measurement signals, are made using resources of the microcontroller and its internal peripheral modules.

EFFECT: broader functional capabilities of pressure monitoring, including determination of a specific value of gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve (EMV) and change in the value of the initial gap between the armature and the stop of the electromagnet (EM) during operation of the EMV.

7 cl, 10 dwg, 5 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано предпочтительно для управления электромагнитными клапанами (ЭМК), преимущественно используемыми в газораспределительных системах автоматики.The proposed invention relates to electrical engineering and can be preferably used for controlling electromagnetic valves (EMV), mainly used in gas distribution automation systems.

Известны различные способы контроля давления на входе газового ЭМК, самыми распространенными из которых являются способы, основанные на использовании датчиков давления различного типа.There are various known methods for monitoring the pressure at the inlet of a gas EMC, the most common of which are methods based on the use of pressure sensors of various types.

Однако последнее время все чаще встречаются патентуемые технические решения, в которых обращается внимание на тот факт, что давление среды на входе газового ЭМК оказывает непосредственное влияние на характер изменения тока в обмотке электромагнита (ЭМ) клапана после подачи напряжения питания при его включении. Например, в описании изобретения [1] на фиг. 4 показано, что давление на входе клапана влияет на переходный процесс изменения тока в обмотке ЭМК. Аналогичные данные приведены в описаниях изобретений к патентам [2] и [3].However, recently, patented technical solutions have become increasingly common, which draw attention to the fact that the pressure of the medium at the input of the gas EMC has a direct effect on the nature of the change in current in the winding of the electromagnet (EM) of the valve after the supply voltage is applied when it is turned on. For example, in the description of the invention [1] in Fig. 4 it is shown that the pressure at the valve input affects the transient process of current change in the winding of the EMC. Similar data are given in the descriptions of inventions to patents [2] and [3].

В описании изобретения [4] на Fig.29a приведено уже семейство переходных процессов изменения тока в обмотке ЭМК в зависимости от нагрузки, действующей на перекрывающий поток газа электромагнитный привод. Здесь обращается внимание на то, что под действием нагрузки изменяется время срабатывания клапана, которое характеризуется моментом достижения локального минимума тока в обмотке при открывании клапана. Эта информация используется системой автоматического управления подачей топлива в двигателе для диагностики состояния клапана.In the description of the invention [4] in Fig. 29a, a family of transient processes of current change in the EMC winding is already given depending on the load acting on the electromagnetic drive blocking the gas flow. Here, attention is drawn to the fact that under the action of the load, the valve response time changes, which is characterized by the moment of reaching the local minimum of current in the winding when the valve opens. This information is used by the automatic fuel supply control system in the engine to diagnose the valve condition.

Близок к предлагаемому техническому решению приведенный в описании патента [5] способ мониторинга давления, используемый в регуляторе давления. Здесь поведение давления в системе отслеживается по наблюдениям за переходным процессом изменения тока в обмотке соленоида клапана при его включении. Однако используемый способ не позволяет определять конкретное значение давления на входе клапана.The method of pressure monitoring used in the pressure regulator, described in the patent description [5], is close to the proposed technical solution. Here, the behavior of the pressure in the system is monitored by observing the transient process of current change in the solenoid winding of the valve when it is turned on. However, the method used does not allow determining a specific pressure value at the valve inlet.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ мониторинга давления на входе электромагнитного клапана и устройство для его осуществления, описанные в патенте [6]. Это техническое решение позволяет определять конкретную величину давления газа на входе нормально закрытого газового ЭМК по параметрам переходного процесса изменения тока в обмотке ЭМ клапана при его открытии с учетом величины напряжения питания. Однако, данное техническое решение не учитывает влияние на результат определения величины давления такого существенного фактора, как величина начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана до подачи напряжения питания на обмотку ЭМ. В описании патента [6] указано, что определение давления газа на входе нормально закрытого газового ЭМК можно осуществлять только для номинального значения начального зазора между якорем и стопом ЭМ.The prototype of the proposed invention is a method for monitoring the pressure at the inlet of an electromagnetic valve and a device for implementing it, described in the patent [6]. This technical solution allows determining a specific value of gas pressure at the inlet of a normally closed gas electromagnetic valve based on the parameters of the transient process of changing the current in the winding of the electromagnetic valve when it opens, taking into account the value of the supply voltage. However, this technical solution does not take into account the influence of such a significant factor as the value of the initial gap between the anchor and the stop of the electromagnetic valve before applying the supply voltage to the winding of the electromagnetic valve on the result of determining the pressure value. The description of the patent [6] indicates that the gas pressure at the inlet of a normally closed gas electromagnetic valve can be determined only for the nominal value of the initial gap between the anchor and the stop of the electromagnetic valve.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей мониторинга давления, которое позволит определять конкретную величину давления газа на входе ЭМК и изменение значения начального зазора между якорем и стопом ЭМ в процессе эксплуатации ЭМК.The objective of the proposed invention is to expand the functional capabilities of pressure monitoring, which will make it possible to determine the specific value of gas pressure at the input of the EMC and the change in the value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM during the operation of the EMC.

Решение поставленной задачи достигается тем, что стабилизируют напряжение источника питания, устанавливают пороговое значение тока в обмотке, измеряют интервал времени от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита клапана до момента достижения током в обмотке порогового значения и, по измеренным значениям этого интервала времени и локального максимума фильтрованного сигнала, соответствующего величине тока в обмотке электромагнита, определяют значение давления на входе газового ЭМК в момент его открытия. Причем, пороговое значение тока в обмотке выбирают ниже минимально возможного значения тока в обмотке, при котором в процессе эксплуатации электромагнита клапана возможно его срабатывание.The solution to the problem is achieved by stabilizing the voltage of the power source, setting the threshold value of the current in the winding, measuring the time interval from the moment the power source is connected to the winding of the valve solenoid until the moment the current in the winding reaches the threshold value and, based on the measured values of this time interval and the local maximum of the filtered signal corresponding to the value of the current in the winding of the solenoid, determining the value of the pressure at the input of the gas EMC at the moment of its opening. Moreover, the threshold value of the current in the winding is selected below the minimum possible value of the current in the winding, at which it is possible to operate the valve solenoid during operation.

Здесь и далее в материалах заявки для краткости изложения под моментом достижения током в обмотке порогового значения подразумевается момент достижения заданного порогового значения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита.Here and further in the application materials, for brevity of presentation, the moment of reaching the threshold value by the current in the winding means the moment of reaching the specified threshold value by the filtered signal corresponding to the value of the current in the winding of the electromagnet.

До начала эксплуатации ЭМК при испытаниях в лабораторных или заводских условиях при стабилизированном номинальном значении напряжения питания, установленном пороговом значении тока в обмотке и установленной выбранной из рабочего диапазона возможных значений конкретной величине начального зазора между якорем и стопом электромагнита клапана формируют таблицу, связывающую значения имеющего место при открывании клапана локального максимума фильтрованного сигнала, соответствующего величине тока в обмотке электромагнита, и величины давления газа на входе клапана, действующего на якорь электромагнита в закрытом состоянии клапана при установленной величине начального зазора. Для чего нагружают якорь электромагнита клапана силой, соответствующей заданной величине давления газа, действующего на якорь ЭМ в закрытом состоянии клапана, и определяют после подачи напряжения питания величину локального максимума фильтрованного сигнала, имеющего место при открывании клапана. Далее пару значений давления нагрузки и локального максимума фильтрованного сигнала запоминают. После чего изменяют величину нагрузки, действующей на якорь ЭМ, и определяют соответствующую ей величину локального максимума фильтрованного сигнала, имеющего место при открывании клапана. Эту полученную пару значений давления нагрузки и локального максимума фильтрованного сигнала также запоминают. Таким образом определяют и запоминают требуемое для формирования таблицы количество пар значений давления газа на входе клапана и соответствующих им величин локального максимума фильтрованного сигнала, имеющего место при открывании клапана при установленной величине начального зазора. После чего устанавливают следующее значение величины начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана из заданного рабочего диапазона и продолжают формирование таблицы из запоминаемых пар значений давления газа на входе клапана и соответствующих им величин локального максимума фильтрованного сигнала, имеющего место при открывании клапана для этого следующего значения величины начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана. При этом, в процессе определения локального максимума фильтрованного сигнала при отсутствии нагрузки, действующей на якорь ЭМ клапана, измеряют и запоминают интервал времени от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения током в обмотке порогового значения. Эту сохраненную таблицу используют для определения давления на входе ЭМК при его эксплуатации.Before the start of the EMC operation during tests in laboratory or factory conditions with a stabilized nominal value of the supply voltage, a set threshold value of the current in the winding and a specific value of the initial gap between the anchor and the stop of the valve solenoid selected from the operating range of possible values, a table is formed linking the values of the local maximum of the filtered signal occurring when the valve opens, corresponding to the value of the current in the solenoid winding, and the value of the gas pressure at the valve inlet acting on the anchor of the solenoid in the closed state of the valve with the set value of the initial gap. For this purpose, the anchor of the valve solenoid is loaded with a force corresponding to the specified value of the gas pressure acting on the anchor of the EM in the closed state of the valve, and after applying the supply voltage, the value of the local maximum of the filtered signal occurring when the valve opens is determined. Then, a pair of values of the load pressure and the local maximum of the filtered signal are stored. After that, the value of the load acting on the EM anchor is changed, and the corresponding value of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens is determined. This obtained pair of values of the load pressure and the local maximum of the filtered signal is also stored. In this way, the number of pairs of gas pressure values at the valve inlet and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens for the set value of the initial gap required for forming the table is determined and stored. After that, the next value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve is set from the specified operating range, and the formation of the table from the stored pairs of gas pressure values at the valve inlet and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens for this next value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve is continued. In this case, in the process of determining the local maximum of the filtered signal in the absence of a load acting on the anchor of the EM valve, the time interval from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the current in the winding reaches the threshold value is measured and stored. This saved table is used to determine the pressure at the input of the EMC during its operation.

Полученную при стабилизированном номинальном значении напряжения питания, установленном пороговом значении тока в обмотке и установленной выбранной из рабочего диапазона возможных значений конкретной величине начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана табличную зависимость значений давления газа на входе ЭМК и соответствующих им величин локального максимума фильтрованного сигнала, имеющих место при открывании клапана для установленной величины начального зазора, аппроксимируют линейным выражением вида:The tabular dependence of the values of gas pressure at the EMC input and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal, which occur when the valve opens for the set initial gap value, obtained with a stabilized nominal value of the supply voltage, a set threshold value of the current in the winding, and a set specific value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve selected from the operating range of possible values, is approximated by a linear expression of the form:

где р - величина давления газа на входе электромагнитного клапана;where p is the value of gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve;

I_max - значение имеющего место после подачи напряжения питания при открывании клапана локального максимума фильтрованного сигнала, соответствующего величине тока в обмотке ЭМ;I _max is the value of the local maximum of the filtered signal that occurs after the supply voltage is applied when the valve is opened, corresponding to the magnitude of the current in the EM winding;

С₁, С₀ - постоянные для каждого измеренного значения интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ клапана до момента достижения током в обмотке порогового значения коэффициенты, которые определяют с использованием выражений:C ₁ , C ₀ - constants for each measured value of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the winding of the EM valve until the moment the current in the winding reaches the threshold value, coefficients that are determined using the expressions:

где а ₁, b₁, а ₀, b₀ - определяемые по табличным данным, например, методом наименьших квадратов, постоянные коэффициенты.where a ₁ , b ₁ , a ₀ , b ₀ are constant coefficients determined from tabular data, for example, by the least squares method.

Методика определения постоянных коэффициентов а ₁, b₁, а ₀ и b₀ и примеры ее использования будут рассмотрены ниже.The method for determining the constant coefficients a ₁ , b ₁ , a ₀ and b ₀ and examples of its use will be discussed below.

Величины коэффициентов С₁ и С₀, соответствующие измеренному значению интервала времени t_n от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения порогового значения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, можно определять сразу после достижения установленного порогового значения тока после подачи напряжения питания на обмотку электромагнита клапана при его открытии. А значение давления газа на входе ЭМК с использованием полученных величин коэффициентов С₁ и С₀ определяют уже после получения значения локального максимума фильтрованного сигнала, имеющего место при открывании клапана.The values of the coefficients C ₁ and C ₀ corresponding to the measured value of the time interval t _n from the moment of connecting the power source to the electromagnet winding until the moment of reaching the threshold value of the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding can be determined immediately after reaching the set threshold value of the current after applying the supply voltage to the valve electromagnet winding when it opens. And the value of the gas pressure at the EMC input using the obtained values of the coefficients C ₁ and C ₀ is determined after obtaining the value of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens.

Если информация о полученной величине давления газа на входе ЭМК используется системой верхнего уровня, например, для формирования сигналов управления, измеренные значения интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке ЭМ, порогового значения и величины локального максимума фильтрованного сигнала могут быть переданы внешним устройствам. Тогда определение значений коэффициентов С₁ и С₀ и значения давления газа на входе ЭМК с применением указанных выражений (2), (3) и (1) осуществляют с использованием внешних устройств. Это позволяет экономить ресурсы микропроцессора в процессе эксплуатации ЭМК.If the information about the obtained value of gas pressure at the input of the EMC is used by the upper-level system, for example, to generate control signals, the measured values of the time interval from the moment of connecting the power source to the EM winding until the moment the filtered signal corresponding to the value of the current in the EM winding reaches the threshold value and the value of the local maximum of the filtered signal can be transmitted to external devices. Then the determination of the values of the coefficients C ₁ and C ₀ and the value of the gas pressure at the input of the EMC using the specified expressions (2), (3) and (1) is carried out using external devices. This allows saving the resources of the microprocessor during the operation of the EMC.

Поскольку в запомненной в процессе проведения испытаний в лабораторных или заводских условиях таблице наряду с парами значений давления нагрузки и локального максимума фильтрованного сигнала и значением интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения током в обмотке порогового значения содержатся сведения о величине начального зазора (между якорем и стопом ЭМ клапана до срабатывания ЭМК), при которой эти измерения проводились, имеется возможность оценивать значение этого начального зазора по результатам измерений, содержащихся в таблице. Тогда по измеренному значению интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения можно оценить величину начального зазора Z между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку с использованием выражения вида:Since the table stored during the tests in laboratory or factory conditions, along with the pairs of values of the load pressure and the local maximum of the filtered signal and the value of the time interval from the moment of connecting the power source to the EM winding until the current in the winding reaches the threshold value, contains information on the value of the initial gap (between the anchor and the stop of the EM valve until the EMC operates), at which these measurements were taken, it is possible to estimate the value of this initial gap based on the results of measurements contained in the table. Then, based on the measured value of the time interval t _p from the moment of connecting the power source to the electromagnet winding until the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value, it is possible to estimate the value of the initial gap Z between the anchor and the stop of the EM valve at the moment the supply voltage is applied to the winding using an expression of the form:

где a _z, b_z - определяемые по имеющимся табличным данным, например, методом наименьших квадратов, постоянные коэффициенты, методика определения которых и примеры ее использования будут рассмотрены ниже.where a _z , b _z - constant coefficients determined from available tabular data, for example, by the least squares method, the method for determining which and examples of its use will be discussed below.

Для решения поставленной задачи с помощью предлагаемого устройства, реализующего заявляемый способ, в составе устройства дополнительно задействованы следующие внутренние периферийные модули микроконтроллера: соединенный по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной таймер Timer3 и конфигурируемая логическая ячейка CLC3, которая используется в качестве логического элемента «И». Задействованы также разряды «RC1» и «RC2» регистра порта ввода/вывода PORTC и разряд «RA6» регистра порта ввода/вывода PORTA. Причем неинвертирующий вход конфигурируемой логической ячейки CLC3 соединен с выходом COGA блока формирования выходных сигналов COG1, а ее инвертирующий вход - с выходом компаратора СМР4. Разряд «RC 1» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен со входом Gate таймера Timer3 и с выводом 12 микроконтроллера, настроенным как цифровой вход порта ввода/вывода PORTC. Разряд «RC2» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен с выходом конфигурируемой логической ячейки CLC3 и с выводом 13 микроконтроллера, настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. Разряд «RA6» регистра порта ввода/вывода PORTA соединен с входами External Reset таймеров Timer2 и Timer4 и с выводом 10 микроконтроллера, настроенным как цифровой вход порта ввода/вывода PORTA. Счетный вход таймера Timer3 соединен с выходом внутреннего тактового генератора. Вывод 10 микроконтроллера соединен с выводом 11 микроконтроллера и управляющим входом ключа, а выводы 12 и 13 микроконтроллера соединены между собой.To solve the set problem using the proposed device implementing the claimed method, the following internal peripheral modules of the microcontroller are additionally used in the device: the Timer3 timer connected by default to the internal bidirectional bus and the configurable logical cell CLC3, which is used as the "AND" logical element. The "RC1" and "RC2" bits of the PORTC input/output port register and the "RA6" bit of the PORTA input/output port register are also used. Moreover, the non-inverting input of the configurable logical cell CLC3 is connected to the COGA output of the COG1 output signal generation unit, and its inverting input is connected to the CMP4 comparator output. The "RC 1" bit of the PORTC input/output port register is connected to the Gate input of the Timer3 timer and to pin 12 of the microcontroller, configured as the digital input of the PORTC input/output port. The RC2 bit of the PORTC I/O port register is connected to the output of the configurable logic cell CLC3 and to pin 13 of the microcontroller, configured as a digital output of the PORTC I/O port. The RA6 bit of the PORTA I/O port register is connected to the External Reset inputs of the Timer2 and Timer4 timers and to pin 10 of the microcontroller, configured as a digital input of the PORTA I/O port. The counting input of the Timer3 timer is connected to the output of the internal clock generator. Pin 10 of the microcontroller is connected to pin 11 of the microcontroller and the control input of the switch, and pins 12 and 13 of the microcontroller are connected to each other.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is explained by drawings.

Фиг. 1. Семейство экспериментальных переходных процессов фильтрованного сигнала изменения тока I в обмотке ЭМ клапана при подключении стабилизированного напряжения питания 27 В и разных значениях нагрузки на якорь для постоянного значения начального зазора 0,5 мм между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку.Fig. 1. Family of experimental transient processes of the filtered signal of change in current I in the winding of the EM valve when connecting a stabilized supply voltage of 27 V and different values of the load on the anchor for a constant value of the initial gap of 0.5 mm between the anchor and the stop of the EM valve at the moment the supply voltage is applied to the winding.

Фиг. 2. Семейство экспериментальных переходных процессов фильтрованного сигнала изменения тока I в обмотке ЭМ клапана при подключении стабилизированного напряжения питания 27В и разных значениях начального зазора Z между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку для постоянного значения нагрузки на якорь.Fig. 2. Family of experimental transient processes of the filtered signal of change in current I in the winding of the EM valve when connecting a stabilized supply voltage of 27 V and different values of the initial gap Z between the anchor and the stop of the EM valve at the moment of applying the supply voltage to the winding for a constant value of the load on the anchor.

Фиг. 3. Результаты линейной аппроксимации экспериментальных данных, отражающие зависимости локального максимума тока в обмотке ЭМ от нагрузки на его якорь при включении ЭМК.Fig. 3. Results of the linear approximation of experimental data, reflecting the dependence of the local maximum current in the EM winding on the load on its anchor when the EMC is turned on.

Фиг. 4. Семейство линеаризованных зависимостей, позволяющих оценить значение давления газа на входе ЭМК для разных значений начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку.Fig. 4. A family of linearized dependencies that allow one to estimate the value of the gas pressure at the input of the EM valve for different values of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve at the moment the supply voltage is applied to the winding.

Фиг. 5. Линеаризованная зависимость коэффициента аппроксимации С₁ от значения интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ клапана до момента достижения током в обмотке порогового значения.Fig. 5. Linearized dependence of the approximation coefficient C ₁ on the value of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the winding of the EM valve until the moment the current in the winding reaches the threshold value.

Фиг. 6. Линеаризованная зависимость коэффициента аппроксимации С₀ от значения интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ клапана до момента достижения током в обмотке порогового значения.Fig. 6. Linearized dependence of the approximation coefficient C ₀ on the value of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the winding of the EM valve until the moment the current in the winding reaches the threshold value.

Фиг. 7. Линеаризованная зависимость начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана Z в момент подачи напряжения питания на обмотку от значения интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ клапана до момента достижения током в обмотке порогового значения.Fig. 7. Linearized dependence of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve Z at the moment of supplying the supply voltage to the winding on the value of the time interval t _p from the moment of connecting the power source to the winding of the EM valve until the moment the current in the winding reaches the threshold value.

Фиг. 8. Функциональная схема предлагаемого устройства для мониторинга давления на входе нормально закрытого газового ЭМК.Fig. 8. Functional diagram of the proposed device for monitoring the pressure at the inlet of a normally closed gas EMC.

Фиг. 9. Блок-схема возможного алгоритма работы предлагаемого устройства для мониторинга давления на входе нормально закрытого газового ЭМК.Fig. 9. Block diagram of a possible algorithm for the operation of the proposed device for monitoring the pressure at the inlet of a normally closed gas EMC.

Предлагаемый способ основан на том, что переходный процесс изменения тока в обмотке ЭМ нормально закрытого газового ЭМК зависит, в частности, от давления газа на входе клапана. Одним из важных и четко определяемых параметров этого переходного процесса является значение локального максимума тока, имеющего место в начале движения якоря ЭМ, при подаче на его обмотку напряжения питания. Однако, величина этого локального максимума зависит не только от величины давления газа на входе ЭМК, но и от других факторов, наиболее существенными из которых являются напряжение питания и величина начального зазора между якорем и стопом ЭМ. Поэтому при оценке величины давления газа на входе ЭМК при изменяющейся величине начального зазора между якорем и стопом ЭМ необходимо стабилизировать величину напряжения питания ЭМ.The proposed method is based on the fact that the transient process of current change in the winding of the EM of a normally closed gas EMC depends, in particular, on the gas pressure at the valve inlet. One of the important and clearly defined parameters of this transient process is the value of the local maximum of the current that occurs at the beginning of the movement of the EM anchor, when the supply voltage is applied to its winding. However, the value of this local maximum depends not only on the value of the gas pressure at the EMC inlet, but also on other factors, the most significant of which are the supply voltage and the value of the initial gap between the anchor and the EM stop. Therefore, when estimating the value of the gas pressure at the EMC inlet with a changing value of the initial gap between the anchor and the EM stop, it is necessary to stabilize the value of the EM supply voltage.

Все приведенные в описании предлагаемого технического решения числовые экспериментальные и расчетные данные были получены для имеющегося в распоряжении авторов конкретного экземпляра нормально закрытого газового ЭМК, выполненного на основе дискового ЭМ втяжного типа.All numerical experimental and calculated data given in the description of the proposed technical solution were obtained for a specific example of a normally closed gas EMC available to the authors, made on the basis of a retractable disk EMC.

На фиг. 1 приведены графики экспериментальных переходных процессов фильтрованного сигнала изменения тока I в обмотке ЭМ клапана при подключении стабилизированного напряжения питания 27 В и постоянного значения начального зазора 0,5 мм между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку. Эти процессы получены при разных значениях нагрузки, действующей на якорь ЭМ клапана. Для имитации нагрузки на якорь ЭМ в виде давления газа, действующего при открытии ЭМК, якорь ЭМ нагружают силой, эквивалентной развиваемой давлением газа и направленной в сторону его действия. Величина нагрузки выбиралась исходя из рабочего диапазона изменения давления во время эксплуатации ЭМК.Fig. 1 shows the graphs of the experimental transient processes of the filtered signal of the change in current I in the winding of the EM valve when connecting a stabilized supply voltage of 27 V and a constant value of the initial gap of 0.5 mm between the anchor and the stop of the EM valve at the moment of applying the supply voltage to the winding. These processes were obtained for different values of the load acting on the anchor of the EM valve. To simulate the load on the anchor of the EM in the form of gas pressure acting when the EM valve opens, the anchor of the EM is loaded with a force equivalent to that developed by the gas pressure and directed in the direction of its action. The value of the load was selected based on the working range of pressure change during the operation of the EM valve.

Численные результаты проведенных экспериментов приведены в табл.1. Здесь представлены экспериментальные значения следующих параметров: Z - начальный зазор между якорем и стопом ЭМ; F - сила нагрузки, действующей на якорь; р - расчетная величина действующего на якорь давления; Imax - измеренное значение локального максимума тока, достигаемого в начале движения якоря ЭМ, при подаче на его обмотку напряжения питания; to - момент времени подачи напряжения питания на обмотку ЭМ; t(I=I_n) - момент времени достижения током в обмотке ЭМ установленного порогового значения; t(I=Imax) - момент времени достижения током в обмотке ЭМ локального максимума.The numerical results of the experiments are presented in Table 1. The experimental values of the following parameters are presented here: Z is the initial gap between the anchor and the stop of the EM; F is the load force acting on the anchor; p is the calculated value of the pressure acting on the anchor; Imax is the measured value of the local maximum current achieved at the beginning of the anchor movement of the EM, when the supply voltage is applied to its winding; to is the moment in time of applying the supply voltage to the winding of the EM; t(I=I _n ) is the moment in time of reaching the set threshold value by the current in the winding of the EM; t(I=Imax) is the moment in time of reaching the local maximum by the current in the winding of the EM.

На графиках (см. фиг. 1) черными затушеванными квадратиками отмечены точки достижения в каждом процессе локального максимума тока в обмотке ЭМ и точка достижения током в обмотке ЭМ порогового значения. Обозначены также соответствующие каждому зарегистрированному процессу значения нагрузки на якорь ЭМ. Понятно, что величина действующей на якорь ЭМ нагрузки не влияет на процесс изменения тока в обмотке до момента начала движения якоря. Переходный процесс изменения тока в обмотке ЭМ на этом участке определяется главным образом величинами напряжения питания и начального зазора между якорем и стопом ЭМ. Поэтому все представленные на фиг. 1 графики (поскольку величина начального зазора для них совпадает, а напряжение питания стабилизировано) на начальном участке накладываются друг на друга до момента начала движения якоря, и момент достижения током установленного порогового значения для них совпадает (слабое несовпадение вызвано исключительно действием помех).In the graphs (see Fig. 1), the points of reaching the local maximum of the current in the EM winding in each process and the point of reaching the threshold value by the current in the EM winding are marked with black shaded squares. The values of the load on the EM anchor corresponding to each recorded process are also marked. It is clear that the value of the load acting on the EM anchor does not affect the process of changing the current in the winding until the moment the anchor begins to move. The transient process of changing the current in the EM winding in this section is determined mainly by the values of the supply voltage and the initial gap between the anchor and the EM stop. Therefore, all the graphs shown in Fig. 1 (since the value of the initial gap coincides for them, and the supply voltage is stabilized) are superimposed on each other in the initial section until the moment the anchor begins to move, and the moment the current reaches the set threshold value coincides for them (a slight discrepancy is caused exclusively by the effect of interference).

Анализ рассматриваемого семейства переходных процессов показывает, что значение локального максимума тока в обмотке ЭМ связано с величиной нагрузки, приложенной к якорю в конкретном процессе. Это свойство исследуемого явления представляет собой физическую основу предлагаемого технического решения мониторинга давления на входе нормально закрытого газового ЭМК.The analysis of the considered family of transient processes shows that the value of the local maximum of the current in the EM winding is related to the magnitude of the load applied to the anchor in a specific process. This property of the studied phenomenon is the physical basis of the proposed technical solution for monitoring the pressure at the input of a normally closed gas EMC.

На фиг. 2 приведены графики экспериментальных переходных процессов фильтрованного сигнала изменения тока I в обмотке ЭМ клапана при подключении стабилизированного напряжения питания 27 В и разных значениях начального зазора Z между якорем и стопом ЭМ клапана в момент подачи напряжения питания на обмотку. Все представленные переходные процессы получены при действии на якорь ЭМ постоянной нагрузки 2 кг, что соответствует значению 44.21 кг/см² давления газа на входе ЭМК.Fig. 2 shows the graphs of the experimental transient processes of the filtered signal of the change in current I in the winding of the EM valve when connecting a stabilized supply voltage of 27 V and different values of the initial gap Z between the anchor and the stop of the EM valve at the moment of applying the supply voltage to the winding. All the presented transient processes were obtained when a constant load of 2 kg acted on the anchor of the EM, which corresponds to a value of 44.21 kg/cm ² of gas pressure at the inlet of the EM.

При стабилизированном значении напряжения питания и разной величине начального зазора между якорем и стопом ЭМ переходные процессы изменения тока в обмотке при включении ЭМК будут иметь разную скорость нарастания тока ввиду того, что индуктивность обмотки ЭМ зависит от величины начального зазора (с увеличением начального зазора индуктивность уменьшается, а постоянная времени электрической цепи питания обмотки прямо пропорциональна ее индуктивности). На графиках (см. фиг. 2) черными затушеванными квадратиками для каждого процесса отмечены точка достижения в каждом процессе локального максимума тока в обмотке ЭМ и точка достижения током в обмотке ЭМ порогового значения, и приведены числовые значения времени и тока в этих точках. Это приводит к тому, что в этих условиях измеренный интервал времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке электромагнита до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п зависит от величины начального зазора Z (см. графики на фиг. 2). Таким образом, величина интервала времени t_п в условиях стабилизированного источника питания несет информацию о значении начального зазора Z Анализ приведенных на фиг. 2 графиков показывает также, что при одинаковой величине нагрузки и разных значениях начального зазора получаем разные значения локального максимума тока в обмотке ЭМ.With a stabilized value of the supply voltage and different values of the initial gap between the anchor and the stop of the EM, the transient processes of current change in the winding when the EMC is turned on will have different rates of current increase due to the fact that the inductance of the EM winding depends on the value of the initial gap (with an increase in the initial gap, the inductance decreases, and the time constant of the electric circuit of the winding supply is directly proportional to its inductance). In the graphs (see Fig. 2), the point of reaching the local maximum of current in the EM winding in each process and the point of reaching the threshold value by the current in the EM winding are marked with black shaded squares for each process, and the numerical values of time and current at these points are given. This leads to the fact that under these conditions the measured time interval t _p from the moment the power source is connected to the electromagnet winding until the moment the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p depends on the value of the initial gap Z (see the graphs in Fig. 2). Thus, the value of the time interval t _p under the conditions of a stabilized power source carries information about the value of the initial gap Z. Analysis of the graphs shown in Fig. 2 also shows that with the same load value and different values of the initial gap, we obtain different values of the local maximum of the current in the EM winding.

Рассмотрим подробно, как можно полученные на испытаниях табличные данные использовать для определения входящих в выражения (2), (3) и (4) постоянных коэффициентов, что позволит в дальнейшем при эксплуатации ЭМК путем измерения двух параметров переходного процесса изменения тока в обмотке ЭМ при включении напряжения питания решать задачу мониторинга давления на входе нормально закрытого газового ЭМК.Let us consider in detail how the tabular data obtained during testing can be used to determine the constant coefficients included in expressions (2), (3) and (4), which will allow us to solve the problem of monitoring the pressure at the input of a normally closed gas EMC by measuring two parameters of the transient process of current change in the EM winding when the supply voltage is turned on.

При проведении испытаний были получены семейства кривых переходных процессов, подобные приведенным на фиг. 1, для разных величин начального зазора. На фиг. 3 приведены численные результаты, полученные после вторичной обработки этих семейств и содержащие данные о значениях локального максимума, достигаемого током в обмотке ЭМ, при разных значениях нагрузки и начального зазора. Соответствующие точки на графиках нанесены кружочками (см. фиг. 3). Анализ этой графической информации позволяет сделать вывод о линейной функциональной связи между локальным максимумом тока в обмотке ЭМ и величиной действующей на якорь нагрузки при постоянной величине начального зазора. Поэтому эти экспериментальные данные лучше всего аппроксимировать прямыми линиями, например, с использованием метода наименьших квадратов. Соответствующие прямые представлены на фиг. 3 графически.During the tests, families of transient process curves similar to those shown in Fig. 1 were obtained for different values of the initial gap. Fig. 3 shows the numerical results obtained after secondary processing of these families and containing data on the values of the local maximum achieved by the current in the EM winding for different values of the load and the initial gap. The corresponding points on the graphs are marked with circles (see Fig. 3). An analysis of this graphical information allows us to draw a conclusion about a linear functional relationship between the local maximum of the current in the EM winding and the value of the load acting on the anchor for a constant value of the initial gap. Therefore, these experimental data are best approximated by straight lines, for example, using the least squares method. The corresponding straight lines are shown graphically in Fig. 3.

Используя эти аппроксимирующие прямые, можно сформировать табл.2, которая численно отражает аппроксимирующие прямолинейные функциональные связи между значениями локального максимума тока в обмотке ЭМ I_max и действующей на якорь нагрузки р при постоянной величине начального зазора Z. В эту таблицу заносятся также значения измеренного интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п. На фиг. 3 черными квадратиками отмечены точки и соответствующие им числовые значения, которые внесены в табл. 2.Using these approximating straight lines, we can form Table 2, which numerically reflects the approximating linear functional relationships between the values of the local maximum current in the EM winding I _max and the load acting on the anchor p at a constant value of the initial gap Z. This table also includes the values of the measured time interval t _p from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the filtered signal, corresponding to the value of the current in the electromagnet winding, reaches the threshold value I _p . In Fig. 3, the black squares mark the points and the corresponding numerical values, which are entered in Table 2.

На практике для мониторинга давления газа на входе ЭМК удобно использовать обратные зависимости, где в качестве аргумента будет рассматриваться значение локального максимума фильтрованного сигнала тока, которому можно поставить в соответствие оценку величины давления газа.In practice, for monitoring the gas pressure at the EMC input, it is convenient to use inverse relationships, where the argument will be the value of the local maximum of the filtered current signal, which can be associated with an estimate of the gas pressure.

Помещенные в табл. 2 данные могут быть использованы для построения таких зависимостей вида (1) для определения в процессе эксплуатации ЭМК величины нагрузки, действующей на якорь ЭМ клапана, по измерениям локального максимума тока в обмотке ЭМ при известной соответствующей значению начального зазора величине интервала времени от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения. Соответствующие зависимости вида (1), построенные по данным, взятым из табл.2, приведены на графиках, представленных на фиг. 4.The data placed in Table 2 can be used to construct such dependencies of type (1) for determining the magnitude of the load acting on the anchor of the electromagnetic valve during the operation of the electromagnetic valve, based on measurements of the local maximum of the current in the electromagnetic valve winding with a known value of the time interval from the moment of connecting the power source to the electromagnetic valve winding until the moment the filtered signal, corresponding to the magnitude of the current in the electromagnetic valve winding, reaches the threshold value, corresponding to the value of the initial gap. The corresponding dependencies of type (1), constructed based on the data taken from Table 2, are shown in the graphs presented in Fig. 4.

Поскольку экспериментально установлено, что функциональная связь между значениями локального максимума тока в обмотке ЭМ и величиной нагрузки носит линейный характер вида (1), то количество экспериментов, необходимых для определения коэффициентов С₁ и С₀ может быть сокращено. Практически оказалось, что для определения методом наименьших квадратов коэффициентов С₁ и С₀ при фиксированной величине начального зазора достаточно трех экспериментов для нулевого, максимального и среднего значений нагрузки на якорь, выбранных из ее рабочего диапазона. При проведении экспериментов величину начального зазора между якорем и стопом ЭМ нужно выбирать из диапазона его возможных значений, принятого при эксплуатации исследуемого ЭМК. Результаты таких экспериментов представлены в табл.3, куда также помещены расчетные значения коэффициентов С₁ и С₀, полученные с использованием метода наименьших квадратов по результатам трех экспериментов.Since it has been experimentally established that the functional relationship between the values of the local maximum current in the EM winding and the load value is linear in nature (1), the number of experiments required to determine the coefficients C ₁ and C ₀ can be reduced. In practice, it turned out that to determine the coefficients C ₁ and C ₀ using the least squares method for a fixed initial gap value, three experiments are sufficient for zero, maximum, and average values of the anchor load selected from its operating range. When conducting experiments, the value of the initial gap between the anchor and the EM stop must be selected from the range of its possible values adopted during the operation of the studied EMC. The results of such experiments are presented in Table 3, which also contains the calculated values of the coefficients C ₁ and C ₀ obtained using the least squares method based on the results of three experiments.

По данным, приведенным в табл. 3, можно построить расчетно-экспериментальные зависимости коэффициентов С₁ и С₀ от значения измеренного интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п.Такие зависимости представлены графически на фиг. 5 и фиг. 6 соответственно. Расчетные значения коэффициентов С₁ и С₀ на этих графиках нанесены кружочками. Полученные данные позволяют аппроксимировать зависимости C₁(t_п) и С₀(t_п) соотношениями вида (2) и (3). Для рассматриваемого случая методом наименьших квадратов получены следующие значения постоянных коэффициентов в соотношениях (2) и (3): I и According to the data given in Table 3, it is possible to construct the calculated and experimental dependencies of the coefficients C ₁ and C ₀ on the value of the measured time interval t _p from the moment of connecting the power source to the EM winding until the moment the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p. Such dependencies are presented graphically in Fig. 5 and Fig. 6, respectively. The calculated values of the coefficients C ₁ and C ₀ are plotted as circles on these graphs. The obtained data allow us to approximate the dependencies C ₁ (t _p ) and C ₀ (t _p ) by relations of the form (2) and (3). For the case under consideration, the following values of the constant coefficients in relations (2) and (3) were obtained by the least squares method: I and

Соответствующие этим значениям постоянных коэффициентов а ₁, b₁, a ₀ и b₀ прямые также показаны на фиг. 5 и фиг. 6.The straight lines corresponding to these values of the constant coefficients a ₁ , b ₁ , a ₀ and b ₀ are also shown in Fig. 5 and Fig. 6.

Полученные значения коэффициентов а ₁, b₁, a ₀ и b₀ могут далее применяться при эксплуатации подверженного испытаниям ЭМК для мониторинга давления газа на его входе с использованием сначала соотношений (2) и (3), а потом соотношения (1). Для этого необходимо только в процессе эксплуатации производить измерения интервала времени t_пот момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п и локального максимума тока в обмотке ЭМ I_max, достигаемого им при включении ЭМК.The obtained values of the coefficients a ₁ , b ₁ , a ₀ and b ₀ can be further used during operation of the tested electromagnet for monitoring the gas pressure at its input using first relations (2) and (3), and then relation (1). For this purpose, it is only necessary to measure the time interval t _p during operation from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the filtered signal, corresponding to the current value in the electromagnet winding, reaches the threshold value I _p and the local maximum current in the EM winding I _max , reached by it when the electromagnet is turned on.

Данные, приведенные в табл. 3, позволяют также построить функциональную зависимость начального зазора Z от величины измеренного интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п. Такая зависимость представлена на фиг. 7. На этом графике измеренному значению интервала времени t_п поставлено в соответствие установленное значение начального зазора Z, имевшее место при проведении эксперимента. Соответствующие точки на этом графике нанесены кружочками. Полученные данные позволяют аппроксимировать зависимость Z(t_п) соотношением вида (4). Для рассматриваемого случая методом наименьших квадратов получены следующие значения постоянных коэффициентов в соотношении (4): a _z=-1136 мм/с и b_z=1.599 мм. Соответствующая этим значениям постоянных коэффициентов a _z и b_z прямая также показана на фиг. 7.The data presented in Table 3 also make it possible to construct a functional dependence of the initial gap Z on the value of the measured time interval t _p from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the filtered signal corresponding to the value of the current in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p . Such a dependence is shown in Fig. 7. In this graph, the measured value of the time interval t _p is associated with the set value of the initial gap Z that occurred during the experiment. The corresponding points on this graph are plotted as circles. The obtained data make it possible to approximate the dependence Z(t _p ) by a relationship of the form (4). For the case under consideration, the following values of the constant coefficients in relationship (4) were obtained using the least squares method: a _z = -1136 mm/s and b _z = 1.599 mm. The straight line corresponding to these values of the constant coefficients a _z and b _z is also shown in Fig. 7.

Полученные значения коэффициентов a _z и b_z могут далее применяться при эксплуатации подверженного испытаниям ЭМК для оценивания величины начального зазора Z с использованием соотношения (4). Для этого необходимо только в процессе эксплуатации производить измерения интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п.The obtained values of the coefficients a _z and b _z can be further used during operation of the tested electromagnet to estimate the value of the initial gap Z using relation (4). For this purpose, it is only necessary to measure the time interval t _p during operation from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p .

Таким образом, полученные при проведении испытаний значения постоянных коэффициентов а ₁, b₁, а ₀, b₀, a _z и b_z, а также соответствующее пороговое значение тока в обмотке электромагнита I_п могут быть внесены в паспортные данные ЭМК и далее применяться при его эксплуатации.Thus, the values of the constant coefficients a ₁ , b ₁ , a ₀ , b ₀ , a _z and b _z obtained during the tests, as well as the corresponding threshold value of the current in the winding of the electromagnet I _п can be entered into the passport data of the EMC and then used during its operation.

Функциональная схема возможного исполнения устройства для реализации предлагаемого способа для мониторинга давления на входе нормально закрытого газового ЭМК приведена на фиг. 8.The functional diagram of a possible design of the device for implementing the proposed method for monitoring the pressure at the input of a normally closed gas EMC is shown in Fig. 8.

Основная часть схемы устройства для управления ЭМ, обеспечивающая обработку сигналов измерения тока в его обмотке, напряжения питания, контроля времени и формирования сигналов управления выполнена с использованием ресурсов микроконтроллера и его внутренних периферийных модулей. При этом, внутренние периферийные модули микроконтроллера соединены, задействованы, и сконфигурированы для выполнения поставленной задачи.The main part of the circuit of the device for controlling the EM, providing processing of signals for measuring the current in its winding, supply voltage, time control and generation of control signals, is implemented using the resources of the microcontroller and its internal peripheral modules. In this case, the internal peripheral modules of the microcontroller are connected, activated, and configured to perform the assigned task.

Для построения схемы устройства с применением микроконтроллера используются его внутренние периферийные модули Периферии Независимой от Ядра (Core Independent Peripheral - CIP). Подобная периферия конфигурируется программой микроконтроллера, но дальнейшее ее функционирование может быть совершенно независимым. Предложенное техническое решение при таком подходе к построению схемы позволяет значительно снизить нагрузку на вычислительные ресурсы микроконтроллера и уменьшить габариты устройства.To build a circuit diagram of a device using a microcontroller, its internal peripheral modules of the Core Independent Peripheral (CIP) are used. Such peripherals are configured by the microcontroller program, but their further operation can be completely independent. The proposed technical solution with this approach to building a circuit allows to significantly reduce the load on the computing resources of the microcontroller and reduce the dimensions of the device.

Устройство содержит (см. фиг. 8) последовательно соединенные источник питания (1) и ключ (2), выход которого соединен со входом ЭМ (3), измеритель тока (4), выполненный на измерительном резисторе Rs, фильтр нижних частот (5), микроконтроллер (МК) PIC16F1778-I/SO (6), приемопередатчик RS-485 (7), связанный двунаправленной линией с внешними устройствами, диод VD, соединенные последовательно первый и второй резисторы R1 и R2, соединенные последовательно третий и четвертый резисторы R3 и R4. Причем первый вывод первого резистора R1 соединен с входом фильтра нижних частот (5) и выводом 22 МК (6), второй вывод первого резистора R1 соединен с выводом 23 МК (6). Первые выводы измерительного и четвертого резисторов R_S и R4 соединены с выходом ЭМ (3), а вторые выводы второго, третьего и измерительного резисторов R2, R3 и R_S соединены с отрицательным выводом источника питания (1), выводами 8 и 19 МК (6) и анодом диода VD, катод которого соединен с выходом ключа (2) и входом ЭМ (6). Второй вывод четвертого резистора R4 соединен с выводом 24 МК (6). Управляющий вход ключа (2) соединен с выводом 11 МК (6). Вывод 16 МК (6) соединен с выходом приемопередатчика RS-485 (7), два входа которого соединены соответственно с выводами 17 и 18 МК (6). Кроме того, в составе устройства задействованы соединенные по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8) следующие внутренние периферийные модули МК (6): модуль центрального процессора CPU (9), аналого-цифровой преобразователь ADC (10), модуль памяти программ Program memory (11), модуль оперативной памяти RAM (12), модуль последовательного интерфейса US ART (13), выход «ТХ» которого соединен с выводом 18 МК (6), а вход «RX» - с выводом 16 МК (6). Задействован также внутренний периферийный модуль - операционный усилитель ОРА2 (14), неинвертирующий вход которого соединен с выводом 24, а инвертирующий вход с выводом 23 МК (6), настроенными как аналоговые входы порта ввода/вывода PORTB, а выход операционного усилителя ОРА2 (14) соединен с выводом 22 МК (6), настроенным как аналоговый выход порта PORTB. Задействованы также внутренний периферийный модуль - блок формирования выходных сигналов COG1 (15) и таймеры Timer2 (16) и Timer4 (17), соединенные по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8). Причем вход «AN11» аналого-цифрового преобразователя ADC (10) соединен с выводом 25 МК (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTB. Задействованы также соединенные по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8) следующие внутренние периферийные модули МК (6): конфигурируемые логические ячейки CLC1 (18), которая используется в качестве логического элемента «И», и CLC2 (19), которая используется в качестве логического элемента «ИЛИ», таймер Timer1 (20), цифро-аналоговый преобразователь DAC1 (21), а также компаратор СМР4 (22) и разряды «RC0» и «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC. Причем разряд «RC0» соединен с выходом COGA блока формирования выходных сигналов COG1 (15) и с выводом 11 МК (6), настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. Счетный вход таймера Timer1 (20) соединен с выходом внутреннего тактового генератора Fclk, а его выход - с входом конфигурируемой логической ячейки CLC2 (19) и первым входом конфигурируемой логической ячейки CLC1 (18), второй вход которой соединен выходом компаратора СМР4 (22), неинвертирующий вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя DAC1 (21), а инвертирующий вход - с выводом 26 МК (6), настроенным как аналоговый вход порта ввода/вывода PORTB. Выход конфигурируемой логической ячейки CLC1 (18) соединен со входом Auto-conversion Trigger аналого-цифрового преобразователя ADC (10). Выход конфигурируемой логической ячейки CLC2 (19) соединен с входом Rising Event Input Source блока формирования выходных сигналов COG1 (15) и счетными входами таймеров Timer2 (16) и Timer4 (17). Вход Auto-shutdown Source блока формирования выходных сигналов COG1 (15) соединен с выходом таймера Timer2 (16). Вывод 25 МК (6) соединен с выходом фильтра нижних частот (5). Разряд «RC6» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен с внутренней двунаправленной шиной (8) и выводом 17 МК (6), настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. В составе устройства задействованы также следующие внутренние периферийные модули МК (6): соединенный по умолчанию с внутренней двунаправленной шиной (8) таймер Timer3 (23) и конфигурируемая логическая ячейка CLC3 (24), которая используется в качестве логического элемента «И». Задействованы также разряды «RC1» и «RC2» регистра порта ввода/вывода PORTC и разряд «RA6» регистра порта ввода/вывода PORTA. Причем неинвертирующий вход конфигурируемой логической ячейки CLC3 (24) соединен с выходом COGA блока формирования выходных сигналов COG1 (15), а ее инвертирующий вход - с выходом компаратора СМР4 (22). Разряд «RC1» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен со входом Gate таймера Timer3 (23) и с выводом 12 МК (6), настроенным как цифровой вход порта ввода/вывода PORTC. Разряд «RC2» регистра порта ввода/вывода PORTC соединен с выходом конфигурируемой логической ячейки CLC3 (24) и с выводом 13 МК (6), настроенным как цифровой выход порта ввода/вывода PORTC. Разряд «RA6» регистра порта ввода/вывода PORTA соединен с входами External Reset таймеров Timer2 (16) и Timer4 (17) и с выводом 10 МК (6), настроенным как цифровой вход порта ввода/вывода PORTA. Счетный вход таймера Timer3 (23) соединен с выходом внутреннего тактового генератора Fclk. Вывод 10 МК (6) соединен с выводом 11 МК (6) и управляющим входом ключа (2), а выводы 12 и 13 МК (6) соединены между собой.The device comprises (see Fig. 8) a series-connected power source (1) and a switch (2), the output of which is connected to the input of the EM (3), a current meter (4) implemented on a measuring resistor Rs, a low-pass filter (5), a microcontroller (MC) PIC16F1778-I/SO (6), an RS-485 transceiver (7) connected by a bidirectional line to external devices, a diode VD, first and second resistors R1 and R2 connected in series, and third and fourth resistors R3 and R4 connected in series. Moreover, the first terminal of the first resistor R1 is connected to the input of the low-pass filter (5) and terminal 22 of the MC (6), the second terminal of the first resistor R1 is connected to terminal 23 of the MC (6). The first terminals of the measuring and fourth resistors R _S and R4 are connected to the output of the EM (3), and the second terminals of the second, third and measuring resistors R2, R3 and R _S are connected to the negative terminal of the power source (1), terminals 8 and 19 of the MC (6) and the anode of the diode VD, the cathode of which is connected to the output of the switch (2) and the input of the EM (6). The second terminal of the fourth resistor R4 is connected to terminal 24 of the MC (6). The control input of the switch (2) is connected to terminal 11 of the MC (6). Terminal 16 of the MC (6) is connected to the output of the RS-485 transceiver (7), two inputs of which are connected respectively to terminals 17 and 18 of the MC (6). In addition, the following internal peripheral modules of the MC (6) are used in the device and connected by default to the internal bidirectional bus (8): the central processor module CPU (9), the analog-to-digital converter ADC (10), the program memory module Program memory (11), the random access memory module RAM (12), the serial interface module US ART (13), the output "TX" of which is connected to pin 18 of the MC (6), and the input "RX" - to pin 16 of the MC (6). An internal peripheral module is also used - the operational amplifier OPA2 (14), the non-inverting input of which is connected to pin 24, and the inverting input to pin 23 of the MC (6), configured as analog inputs of the input/output port PORTB, and the output of the operational amplifier OPA2 (14) is connected to pin 22 of the MC (6), configured as an analog output of the PORTB port. The internal peripheral module - the COG1 output signal generation unit (15) and the Timer2 (16) and Timer4 (17) timers, connected by default to the internal bidirectional bus (8) are also involved. Moreover, the "AN11" input of the ADC analog-to-digital converter (10) is connected to the 25 pin of the MC (6), configured as an analog input of the PORTB input/output port. The following internal peripheral modules of the MC (6), connected by default to the internal bidirectional bus (8), are also involved: configurable logic cells CLC1 (18), which is used as an "AND" logical element, and CLC2 (19), which is used as an "OR" logical element, the Timer1 timer (20), the DAC1 digital-to-analog converter (21), as well as the CMP4 comparator (22) and the "RC0" and "RC6" bits of the PORTC input/output port register. The "RC0" bit is connected to the COGA output of the COG1 output signal generation unit (15) and to pin 11 of the MC (6), configured as a digital output of the PORTC input/output port. The counting input of the Timer1 timer (20) is connected to the output of the internal clock generator Fclk, and its output is connected to the input of the configurable logical cell CLC2 (19) and the first input of the configurable logical cell CLC1 (18), the second input of which is connected to the output of the CMP4 comparator (22), the non-inverting input of which is connected to the output of the DAC1 digital-to-analog converter (21), and the inverting input is connected to pin 26 of the MC (6), configured as an analog input of the PORTB input/output port. The output of the configurable logical cell CLC1 (18) is connected to the Auto-conversion Trigger input of the ADC analog-to-digital converter (10). The output of the configurable logic cell CLC2 (19) is connected to the Rising Event Input Source of the output signal generation block COG1 (15) and to the counting inputs of the timers Timer2 (16) and Timer4 (17). The Auto-shutdown Source input of the output signal generation block COG1 (15) is connected to the output of the timer2 (16). Pin 25 of the MC (6) is connected to the output of the low-pass filter (5). Bit "RC6" of the input/output port register PORTC is connected to the internal bidirectional bus (8) and pin 17 of the MC (6), configured as a digital output of the input/output port PORTC. The following internal peripheral modules of the MC (6) are also used in the device: the timer Timer3 (23) connected by default to the internal bidirectional bus (8) and the configurable logic cell CLC3 (24), which is used as an "AND" logical element. The "RC1" and "RC2" bits of the PORTC input/output port register and the "RA6" bit of the PORTA input/output port register are also involved. The non-inverting input of the configurable logic cell CLC3 (24) is connected to the COGA output of the COG1 (15) output signal generation block, and its inverting input is connected to the output of the CMP4 (22) comparator. The "RC1" bit of the PORTC input/output port register is connected to the Gate input of the Timer3 (23) timer and to pin 12 of the MC (6), configured as a digital input of the PORTC input/output port. The "RC2" bit of the PORTC input/output port register is connected to the output of the configurable logic cell CLC3 (24) and to pin 13 of the MC (6), configured as a digital output of the PORTC input/output port. The RA6 bit of the PORTA I/O port register is connected to the External Reset inputs of Timer2 (16) and Timer4 (17) and to the 10 MC pin (6), configured as a digital input of the PORTA I/O port. The counting input of Timer3 (23) is connected to the output of the internal clock generator Fclk. Pin 10 MC (6) is connected to pin 11 MC (6) and the control input of the switch (2), and pins 12 and 13 MC (6) are connected to each other.

При своем функционировании предлагаемое устройство может реализовывать алгоритм, блок-схема которого приведена на фиг. 9. Работает устройство следующим образом. Источник питания (1) обеспечивает стабилизированное напряжение, необходимое для срабатывания ЭМ (3), и напряжение 5 В для питания элементов схемы. Ключ (2) является управляемым силовым ключом, выполняющим коммутацию напряжения на ЭМ (3) по сигналам управления, формируемым МК (6) [7]. Диод VD обеспечивает шунтирование ЭДС, возникающей при отключении ЭМ.In its operation, the proposed device can implement the algorithm, the block diagram of which is shown in Fig. 9. The device operates as follows. The power source (1) provides the stabilized voltage required for the operation of the EM (3), and a voltage of 5 V for powering the circuit elements. The key (2) is a controlled power key that performs voltage switching on the EM (3) according to control signals generated by the MC (6) [7]. The diode VD provides shunting of the EMF that occurs when the EM is disconnected.

МК (6) управляет работой силового ключа (2) и приемопередатчика RS-485 (7), а также обеспечивает прием команд управления от внешнего устройства и передачу ему измеряемых параметров или рассчитанного значения давления на входе ЭМК. Связь с внешним устройством обеспечивается последовательным каналом RS-485. Приемопередатчик RS-485 (7) преобразует логические сигналы МК (6) в дифференциальный сигнал полудуплексной интерфейсной многоточечной линии в соответствии с требованиями стандарта [8]. ЭМ (3) является объектом контроля и управления. Включение и отключение тока в обмотке ЭМ (3) осуществляется управляемым силовым ключом (2) через блок формирования выходных сигналов COG1 (15) (COMPLEMENTARY OUTPUT GENERATOR MODULES), выход которого выведен через разряд «RC0» регистра порта ввода/вывода PORTC и вывод 11 МК (6). В качестве силового ключа (2) в устройстве может быть использован ключ верхнего уровня AUIPS7221R [9].The MC (6) controls the operation of the power switch (2) and the RS-485 transceiver (7), and ensures the reception of control commands from an external device and the transmission of measured parameters or the calculated pressure value at the input of the EMC to it. Communication with the external device is provided by the RS-485 serial channel. The RS-485 transceiver (7) converts the logical signals of the MC (6) into a differential signal of a half-duplex interface multipoint line in accordance with the requirements of the standard [8]. The EM (3) is the object of control and management. The current in the winding of the EM (3) is switched on and off by the controlled power switch (2) via the output signal generation unit COG1 (15) (COMPLEMENTARY OUTPUT GENERATOR MODULES), the output of which is output via the "RC0" bit of the PORTC input/output port register and pin 11 of the MC (6). The AUIPS7221R high-level switch [9] can be used as the power switch (2) in the device.

Включение блока формирования выходных сигналов COG1 (15) производится программно. Длительность включенного состояния задается как Ton=T*Nk, где Nk - число, загружаемое в Timer2 (16) по команде устройства верхнего уровня, в циклах работы Timer1 (20). На счетный вход Timer2 (16) тактовые импульсы поступают через элемент «ИЛИ», выполненный на конфигурируемой логической ячейке CLC2 (19). Счет длительности включенного состояния начинается после появления сигнала высокого уровня на входе External Reset Timer2 (16). Этот вход, настроенный в режиме Low level Reset выведен на вывод 10 (через разряд «RA6» порта ввода-вывода PORTA) МК (6) и соединен с управляющим входом ключа (2). Формирование сигнала включения ключа (2) происходит с приходом переднего фронта тактового импульса на вход Rising Event Input Source блока формирования выходных сигналов COG1 (15) после его программного включения или сброса. Снятие сигнала включения ключа (2) произойдет при появлении сигнала на входе AUTO-SHUTDOWN SOURCE блока формирования выходных сигналов COG1 (15). Источником этого сигнала является сигнал с выхода TMR2_postscaled таймера Timer2 (16).The COG1 (15) output signal generation unit is switched on programmatically. The duration of the on state is set as Ton=T*Nk, where Nk is the number loaded into Timer2 (16) by a command from the upper-level device, in Timer1 (20) operating cycles. The clock pulses are fed to the Timer2 (16) counting input via the OR element implemented on the configurable logic cell CLC2 (19). Counting the duration of the on state begins after a high-level signal appears at the External Reset input of Timer2 (16). This input, configured in the Low level Reset mode, is routed to pin 10 (via the RA6 bit of the PORTA input/output port) of the MC (6) and is connected to the control input of the switch (2). The switch (2) on signal is generated upon arrival of the leading edge of the clock pulse at the Rising Event Input Source input of the COG1 (15) output signal generation unit after its software switching on or reset. The key on signal (2) will be removed when a signal appears at the AUTO-SHUTDOWN SOURCE input of the COG1 output signal generation unit (15). The source of this signal is the signal from the TMR2_postscaled output of the Timer2 timer (16).

Включение ЭМ (3) на заданное время выполняется по командам, поступающим по интерфейсу RS-485 через приемопередатчик RS-485 (7) и вывод 16 МК (6). В качестве приемопередатчика RS-485 (7) может быть применена микросхема SN65HVD1785 [10]. Эта микросхема предназначена для использования в качестве приемопередатчика по стандарту RS-485 и для организации полудуплексного канала связи по соответствующим стандартам. Приемопередатчик RS-485 (7) соединен с модулем универсального асинхронного приемопередатчика UART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) (13) MK (6) через его выводы 16 и 18. Модуль UART (13) представляет собой периферийное устройство МК (6). Полученное значение времени включения ЭМ загружается в Timer2 (16) и определяется в циклах работы Timer1 (20) - Ton=Nk*T_Timer1, где Nk - число, загруженное в Timer2 (16); T_Timer1 - период работы Timer1 (20), определяемый как T_Timerl=Nn/Fclk, где Fclk - частота тактирования МК (6), N_T1-коэффициент деления Timer1 (20).The EM (3) is switched on for a specified time by commands received via the RS-485 interface through the RS-485 transceiver (7) and pin 16 of the MK (6). The SN65HVD1785 microcircuit [10] can be used as the RS-485 transceiver (7). This microcircuit is intended for use as a transceiver according to the RS-485 standard and for organizing a half-duplex communication channel according to the corresponding standards. The RS-485 transceiver (7) is connected to the universal asynchronous transceiver module UART (Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) (13) MK (6) via its pins 16 and 18. The UART module (13) is a peripheral device of the MK (6). The obtained value of the EM turn-on time is loaded into Timer2 (16) and is determined in the Timer1 (20) operating cycles - Ton=Nk*T _Timer1 , where Nk is the number loaded into Timer2 (16); T _Timer1 is the operating period of Timer1 (20), determined as T _Timerl =Nn/Fclk, where Fclk is the clock frequency of the MC (6), N _T1 is the division coefficient of Timer1 (20).

Для получения высокой разрешающей способности в качестве Fclk используется сигнал Fosc кварцевого генератора МК (6).To obtain high resolution, the Fosc signal of the quartz generator MK (6) is used as Fclk.

Измеритель тока (4) выполняет нормирование тока, протекающего через обмотку ЭМ (3), то есть преобразование его в напряжение, пропорциональное этому току. Для снижения величины потерь на измерителе тока (4), а также для согласования полученного напряжения с диапазоном входных сигналов АЦП ADC (10) использован операционный усилитель ОРА2 (14), входящий в состав внутренних периферийных модулей МК (6).The current meter (4) performs the normalization of the current flowing through the EM winding (3), i.e. its conversion into a voltage proportional to this current. To reduce the amount of losses on the current meter (4), as well as to match the obtained voltage with the range of input signals of the ADC (10), the operational amplifier OPA2 (14), which is part of the internal peripheral modules of the MC (6), is used.

Измеритель тока (4) может быть выполнен в соответствии с рекомендациями, приведенными на FIGURE 1 Low-Side Current Sensing в [11]. Операционный усилитель ОРА2 (14) включен по схеме дифференциального усилителя, например, как показано на Figure 8 в [11]. Такое решение позволяет получить высокую помехозащищенность за счет высокого подавления синфазного сигнала, что является важным для предлагаемого способа при измерении малой величины падения напряжения на измерительном резисторе Rs. Выходное напряжение операционного усилителя ОРА2 (14) через вывод 22 МК (6), фильтр нижних частот (5) и далее через вывод 25 МК (6) поступает на вход «AN11» АЦП ADC (10). По данному входу обеспечивается измерение тока, протекающего через обмотку ЭМ (3).The current meter (4) can be implemented in accordance with the recommendations given in FIGURE 1 Low-Side Current Sensing in [11]. The operational amplifier OPA2 (14) is connected according to the differential amplifier circuit, for example, as shown in Figure 8 in [11]. This solution allows for high noise immunity due to high common-mode signal suppression, which is important for the proposed method when measuring a small value of the voltage drop across the measuring resistor Rs. The output voltage of the operational amplifier OPA2 (14) via pin 22 of the MC (6), the low-pass filter (5) and then via pin 25 of the MC (6) goes to the input "AN11" of the ADC ADC (10). This input provides measurement of the current flowing through the winding of the EM (3).

Кроме того, выходное напряжение фильтра нижних частот (5) поступает на вход компаратора СМР4 (22), где сравнивается с напряжением U_DACI с выхода ЦАП DAC1 (21), формирующего напряжение, соответствующее I_п. Такое решение задерживает запуск процедуры поиска локального максимума фильтрованного сигнала тока до достижения им величины I_п, задаваемой с помощью компаратора СМР4 (22). Инвертированный сигнал с выхода СМР4 (22) поступает на вход элемента «И», выполненного с использованием конфигурируемой логической ячейки CLC1 (18) (Configurable Logic Cell), на второй вход которой с выхода Timer1 (20) поступают тактовые импульсы с периодом T_Timer1. Длительность периода T_Timer1 определяется суммой времени цикла преобразования АЦП ADC (10) и отрезка времени, требуемого для выполнения сравнения предыдущего и текущего значений тока ЭМ (3). Таким образом, после превышения током в обмотке ЭМ (3) порогового значения I_п, задаваемого ЦАП DAC1 (21), тактовые импульсы поступят на вход циклического запуска Auto-conversion Trigger АЦП ADC (10), обеспечивая циклические измерения тока без вмешательства программы. Полученные значения используются для поиска локального максимума тока ЭМ I_mах.In addition, the output voltage of the low-pass filter (5) is fed to the input of the comparator CMP4 (22), where it is compared with the voltage U _DACI from the output of the DAC1 (21) DAC, which generates a voltage corresponding to I _p . This solution delays the start of the procedure for searching for a local maximum of the filtered current signal until it reaches the value I _p specified by the comparator CMP4 (22). The inverted signal from the output of CMP4 (22) is fed to the input of the AND element, implemented using the configurable logic cell CLC1 (18) (Configurable Logic Cell), to the second input of which clock pulses with a period of T _Timer1 are fed from the output of Timer1 (20). The duration of the period T _Timer1 is determined by the sum of the time of the ADC conversion cycle ADC (10) and the time interval required to perform the comparison of the previous and current values of the EM current (3). Thus, after the current in the EM winding (3) exceeds the threshold value I _p , set by the DAC1 (21), the clock pulses will arrive at the cyclic start input Auto-conversion Trigger of the ADC (10), providing cyclic current measurements without program intervention. The obtained values are used to find the local maximum of the EM current I _max .

Работа процедуры поиска локального максимума фильтрованного сигнала тока продолжается до нахождения локального максимума I_max или до истечения времени 1.25tmax, формируемого таймером Timer4 (17), где tmax - максимально допустимое время срабатывания ЭМК. Счет времени таймером Timer4 (17) запускается аналогично Timer2 (16) (после появления сигнала на входе управляемого ключа (2)) и останавливается программно при нахождении локального максимума тока. Таким образом, срабатывание Timer4 (17) позволяет сделать заключение об отсутствии срабатывания ЭМ.The procedure for searching for the local maximum of the filtered current signal continues until the local maximum I _max is found or until the time 1.25tmax, generated by the Timer4 (17) timer, expires, where tmax is the maximum permissible response time of the EMC. The time counting by the Timer4 (17) timer is started similarly to Timer2 (16) (after the signal appears at the input of the controlled key (2)) and is stopped by software when the local maximum of the current is found. Thus, the response of Timer4 (17) allows us to conclude that the EM has not been triggered.

Оценивание величины начального зазора проводится по достижению момента времени, отсчитываемому от подачи напряжения на обмотку ЭМ до момента достижения током в обмотке порогового значения. Счет времени выполняется Timer3 (23), на счетный вход которого поступают импульсы с частотой Fclk, а интервал счета задается по входу разрешения счета T3G вывод 12 МК (6) с выхода элемента «И» (выполненного на модуле CLC3 (24)), соединенного с выводом 13 МК (6). Данный элемент формирует логическую «1» на выходе при наличии сигнала включения ЭМ COG1A на одном входе и логической «1» на выходе СМР4 (22) при токе в обмотке меньше порогового значения.The initial gap value is estimated upon reaching the moment of time counted from the voltage supply to the EM winding until the current in the winding reaches the threshold value. Time is counted by Timer3 (23), to the counting input of which pulses with the frequency Fclk are supplied, and the counting interval is set by the counting enable input T3G pin 12 MC (6) from the output of the "AND" element (implemented on the CLC3 module (24)), connected to pin 13 MC (6). This element generates a logical "1" at the output in the presence of the EM enable signal COG1A at one input and a logical "1" at the output of CMP4 (22) when the current in the winding is less than the threshold value.

Для подтверждения работоспособности и эффективности предлагаемого технического решения была проведена серия экспериментов. При их проведении задавались некоторые произвольные значения нагрузки на якорь ЭМ и начального зазора между якорем и стопом ЭМ, а питание схемы осуществлялось от стабилизированного источника напряжения 27 В. Полученные результаты представлены в табл. 4. A series of experiments were conducted to confirm the operability and efficiency of the proposed technical solution. During their implementation, some arbitrary values of the load on the EM anchor and the initial gap between the anchor and the EM stop were set, and the circuit was powered from a stabilized 27 V voltage source. The results obtained are presented in Table 4.

В этой таблице приведены значения установленного при проведении экспериментов начального зазора между якорем и стопом ЭМ Z, силы F, которой нагружался якорь ЭМ, и соответствующего ей давления р_и. Представлены также результаты электрических измерений интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п и локального максимума тока в обмотке ЭМ I_mах. Далее в табл.4 приведены расчетные значения коэффициентов аппроксимации С₁ и С₀, полученные с применением соотношений (2) и (3) и постоянных для используемого экземпляра ЭКМ коэффициентов a ₁, b₁, а ₀ и b₀. И, наконец, в трех последних столбцах таблицы представлены рассчитанное с использованием соотношения (1) значение давления р_р на входе ЭМК и значения абсолютной Δ и относительной δ погрешностей определения величины давления газа на входе ЭМК. Относительная погрешность 8 определялась как отношение абсолютной погрешности Δ к установленной величине давления р_и.This table presents the values of the initial gap between the anchor and the foot of the EM Z established during the experiments, the force F with which the anchor of the EM was loaded, and the pressure corresponding to it p _and . The results of electrical measurements of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the EM winding until the moment the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p and the local maximum of the current in the EM winding I _max are also presented. Further, Table 4 presents the calculated values of the approximation coefficients C ₁ and C ₀ , obtained using relations (2) and (3) and the constants for the used ECM instance, coefficients a ₁ , b ₁ , a ₀ and b ₀ . And, finally, the last three columns of the table present the pressure value p _p at the EMC input calculated using relation (1) and the values of the absolute Δ and relative δ errors in determining the gas pressure at the EMC input. The relative error 8 was defined as the ratio of the absolute error Δ to the set pressure value p _and .

Анализ приведенных данных показывает, что мониторинг давления газа на входе ЭМК обеспечивается с точностью не хуже 5%.Analysis of the presented data shows that monitoring of the gas pressure at the EMC inlet is ensured with an accuracy of no worse than 5%.

В этих же экспериментах оценивалась величина начального зазора между якорем и стопом ЭМ Z с использованием соотношения (4) и постоянных для используемого экземпляра ЭКМ коэффициентов a _z и b_z. Полученные результаты приведены в табл. 5.In these same experiments, the value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM Z was estimated using relation (4) and the constant coefficients a _z and b _z for the used EM instance. The results obtained are presented in Table 5.

В табл. 5 приведены установленная перед проведением эксперимента величина начального зазора между якорем и стопом ЭМ Z, измеренное значение интервала времени t_п от момента подключения источника питания к обмотке ЭМ до момента достижения фильтрованным сигналом, соответствующим величине тока в обмотке электромагнита, порогового значения I_п, расчетное значение начального зазора Z_p, а также значения абсолютной Δ_z и относительной δ_z погрешностей определения величины начального зазора. Относительная погрешность δ определялась как отношение абсолютной погрешности Δ_z к установленной величине начального зазора Z. Анализ приведенных данных показывает, что оценка величины начального зазора обеспечивается с точностью не хуже 6%, что может быть вполне приемлемым для диагностики состояния ЭМК в процессе его эксплуатации.Table 5 shows the value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM Z established before the experiment, the measured value of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the EM winding until the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding reaches the threshold value I _p , the calculated value of the initial gap Z _p , as well as the values of the absolute Δ _z and relative δ _z errors in determining the value of the initial gap. The relative error δ was determined as the ratio of the absolute error Δ _z to the established value of the initial gap Z. Analysis of the presented data shows that the estimate of the initial gap is provided with an accuracy of no worse than 6%, which can be quite acceptable for diagnosing the state of the EMC during its operation.

На основании изложенного и приведенных данных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что использование предлагаемого технического решения позволит с достаточной для практики точностью определять конкретную величину давления газа на входе ЭМК и оценивать величину начального зазора между якорем и стопом ЭМ клапана, что позволит в некоторых случаях обходиться без непосредственного измерения давления и зазора традиционно применяемыми датчиками.Based on the above and the presented data from experimental studies, it can be concluded that the use of the proposed technical solution will allow, with sufficient accuracy for practice, to determine the specific value of gas pressure at the inlet of the EM valve and to estimate the value of the initial gap between the anchor and the stop of the EM valve, which will allow in some cases to do without direct measurement of pressure and gap with traditionally used sensors.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:SOURCES OF INFORMATION:

1. УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОЛЕНОИДНЫХ КЛАПАНОВ. RU 2758717 С1. Опубликовано: 01.11.2021. Бюл. №31.1. DEVICE AND METHOD FOR DIAGNOSTICS OF SOLENOID VALVES. RU 2758717 C1. Published: 01.11.2021. Bulletin No. 31.

2. DIAGNOSTIC DEVICE AND METHOD FOR SOLENOID VALVES. WO 2019/043573 Al. International Publication Date 07 March 2019 (07.03.2019).2. DIAGNOSTIC DEVICE AND METHOD FOR SOLENOID VALVES. WO 2019/043573 Al. International Publication Date 07 March 2019 (07.03.2019).

3. DIAGNOSTIC DEVICE AND METHOD FOR SOLENOID VALVES. US 2021/0404577 Al. Pub. Date: Dec. 30, 2021.3. DIAGNOSTIC DEVICE AND METHOD FOR SOLENOID VALVES. US 2021/0404577 Al. Pub. Date: Dec. 30, 2021.

4. CONTROL UNIT FOR A FUEL INJECTOR. US 10072596 B2. Date of Patent: Sep.11,2018.4. CONTROL UNIT FOR A FUEL INJECTOR. US 10072596 B2. Date of Patent: Sep.11,2018.

5. РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ. RU 2773680 C2. Опубликовано: 07.06.2022. Бюл. №16.5. PRESSURE REGULATOR. RU 2773680 C2. Published: 07.06.2022. Bulletin No. 16.

6. СПОСОБ МОНИТОРИНГА ДАВЛЕНИЯ НА ВХОДЕ ГАЗОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КЛАПАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. RU 2802294 С1. Опубликовано: 24.08.2023. Бюл. №24.6. METHOD OF MONITORING PRESSURE AT THE INLET OF A GAS SOLENOID VALVE AND A DEVICE FOR IMPLEMENTING IT. RU 2802294 C1. Published: 24.08.2023. Bulletin No. 24.

7. PIC16(L)F 1777/8/9 28/40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller. [Электронный ресурс] //URL:https://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PIC16(L)F1777_8_9_Family_Data _Sheet_40001819D.pdf (дата обращения 20.06.2023).7. PIC16(L)F 1777/8/9 28/40/44-Pin, 8-Bit Flash Microcontroller. [Electronic resource] //URL:https://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PIC16(L)F1777_8_9_Family_Data _Sheet_40001819D.pdf (accessed 06/20/2023).

8. ANSI TIA/EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998. Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.8. ANSI TIA/EIA RS-485-A: (Recommended standard 485 Edition A) 1998. Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Balanced Digital Multipoint Systems.

9. PWM INTELLIGENT POWER HIGH SIDE SWITCH [Электронный ресурс] // URL:https://www.infineon.com/ dgdl/AUIPS7221r.pdf (дата обращения 20.06.2023).9. PWM INTELLIGENT POWER HIGH SIDE SWITCH [Electronic resource] // URL: https://www.infineon.com/dgdl/AUIPS7221r.pdf (accessed 06/20/2023).

10. [Электронный ресурс] // URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf (дата обращения 20.06.2022).10. [Electronic resource] // URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65hvd1785.pdf (accessed 06/20/2022).

11. AN1332. Current Sensing Circuit Concepts and Fundamentals Microchip Technology Inc. [Электронный ресурс] // URL:http://www.microchip.com/support\ DS01332B (дата обращения 20.06.2022).11. AN1332. Current Sensing Circuit Concepts and Fundamentals Microchip Technology Inc. [Electronic resource] // URL: http://www.microchip.com/support\ DS01332B (accessed 06/20/2022).

Claims

1. A method for monitoring the pressure at the input of a normally closed gas electromagnetic valve, which includes determining a local current maximum at the start of the movement of the electromagnet armature when supply voltage is applied to its winding, wherein the signal corresponding to the current value in the electromagnet winding is processed by a low-pass filter, the value of the local maximum of the filtered signal is determined based on several of its successive readings and is used to determine the pressure value at the input of the gas electromagnetic valve at the moment of its opening using the passport data of the electromagnetic valve on the dependence of the local maximum of the filtered signal on the pressure at the input of the electromagnetic valve for a known value of the supply voltage, characterized in that the voltage of the power source is stabilized, a threshold value of the current in the winding is set, the time interval from the moment the power source is connected to the winding of the valve electromagnet until the moment the current in the winding reaches the threshold value is measured and, based on the measured values of this time interval and the local maximum of the filtered signal corresponding to the current value in the electromagnet winding, the pressure value at the input of the gas electromagnetic valve at the moment of its opening is determined, wherein the threshold value of the current in the winding is selected below the minimum possible value of the current in the winding at which, during operation of the valve solenoid, it can be triggered.

2. The pressure monitoring method according to paragraph 1, characterized in that before the start of operation of the electromagnetic valve during testing in laboratory or factory conditions with a stabilized nominal value of the supply voltage, a set threshold value of the current in the winding and a specific value of the initial gap between the anchor and the stop of the valve solenoid selected from the operating range of possible values, a table is formed linking the values of the local maximum of the filtered signal occurring when the valve opens, corresponding to the value of the current in the winding of the solenoid, and the value of the gas pressure at the valve inlet acting on the anchor of the solenoid in the closed state of the valve with a set value of the initial gap, for which purpose the anchor of the solenoid of the valve is loaded with a force corresponding to a specified value of the gas pressure acting on the anchor of the solenoid during its operation in the closed state of the valve, and after applying the supply voltage, the value of the local maximum of the filtered signal occurring when the valve opens is determined, then a pair of values of the load pressure and the local maximum of the filtered signal are stored, after which the magnitude of the load acting on the anchor of the electromagnet is changed and the corresponding magnitude of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens is determined, this obtained pair of values of the load pressure and the local maximum of the filtered signal is also stored, thus the number of pairs of values of the gas pressure at the valve inlet and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens with the set value of the initial gap required for forming the table are determined and stored, after which the next value of the value of the initial gap between the anchor and the stop of the electromagnet of the valve is set from the specified operating range and the formation of the table from the stored pairs of values of the gas pressure at the valve inlet and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens for this next value of the value of the initial gap between the anchor and the stop of the electromagnet of the valve is continued, wherein in the process of determining the local maximum of the filtered signal in the absence of a load acting on the anchor of the electromagnet of the valve, the time interval from the moment of connecting the power source to the winding of the electromagnet to the moment When the current in the winding reaches the threshold value, this saved table is used to determine the pressure at the input of the electromagnetic valve during its operation.

3. The method for monitoring pressure according to paragraph 2, characterized in that the tabular dependence of the values of gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve and the corresponding values of the local maximum of the filtered signal, which occur when the valve opens for the set value of the initial gap, obtained with a stabilized nominal value of the supply voltage, a set threshold value of the current in the winding, and a set specific value of the initial gap between the anchor and the stop of the valve solenoid selected from the operating range of possible values, obtained is approximated by a linear expression of the form:

where p is the value of gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve;

I _max is the value of the local maximum of the filtered signal that occurs after the supply voltage is applied when the valve opens, corresponding to the magnitude of the current in the electromagnet winding;

C ₁ , C ₀ - constants for each measured value of the time interval t _n from the moment the power source is connected to the valve solenoid winding until the moment the current in the winding reaches the threshold value, coefficients that are determined using the expressions:

where a ₁ , b ₁ , a ₀ , b ₀ are constant coefficients determined from tabular data, for example, by the least squares method.

4. The method for monitoring pressure according to paragraph 3, characterized in that the values of the coefficients _C1 and _C0 corresponding to the measured value of the time interval _tn from the moment of connecting the power source to the winding of the electromagnet until the moment of reaching the threshold value of the filtered signal corresponding to the value of the current in the winding of the electromagnet, are determined immediately after reaching the set threshold value of the current after applying the supply voltage to the winding of the electromagnet of the valve when it opens, and the value of the gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve using the obtained values of the coefficients _C1 and _C0 is determined after obtaining the value of the local maximum of the filtered signal that occurs when the valve opens.

5. The method for monitoring pressure according to paragraph 3, characterized in that the measured values of the time interval from the moment the power source is connected to the winding of the electromagnet until the moment the filtered signal corresponding to the value of the current in the winding of the electromagnet reaches the threshold value and the value of the local maximum of the filtered signal are transmitted to external devices, and the determination of the values of the coefficients _C1 and _C0 and the value of the gas pressure at the inlet of the electromagnetic valve using the specified expressions is carried out using external devices.

6. The method for monitoring pressure according to paragraph 3, characterized in that, based on the measured value of the time interval t _p from the moment the power source is connected to the winding of the electromagnet until the moment the filtered signal corresponding to the magnitude of the current in the winding of the electromagnet reaches the threshold value, the value of the initial gap Z between the anchor and the stop of the valve electromagnet is determined at the moment the supply voltage is applied to the winding using an expression of the form:

where a _z , b _z are constant coefficients determined from tabular data, for example, by the least squares method.

7. A device for monitoring the pressure at the input of a normally closed gas electromagnetic valve, comprising a series-connected power source and a switch, the output of which is connected to the input of the electromagnet, a current meter implemented on a measuring resistor, a low-pass filter, a PIC16F1778-I/SO microcontroller, an RS-485 transceiver connected by a bidirectional line to external devices, a diode, first and second resistors connected in series, third and fourth resistors connected in series, wherein the first terminal of the first resistor is connected to the input of the low-pass filter and terminal 22 of the microcontroller, the second terminal of the first resistor is connected to terminal 23 of the microcontroller, the first terminals of the measuring and fourth resistors are connected to the output of the electromagnet, and the second terminals of the second, third and measuring resistors are connected to the negative terminal of the power source, terminals 8 and 19 of the microcontroller and the anode of the diode, the cathode of which is connected to the output of the switch and the input of the electromagnet, the second terminal of the fourth resistor is connected to pin 24 of the microcontroller, the control input of the key is connected to pin 11 of the microcontroller, pin 16 of the microcontroller is connected to the output of the RS-485 transceiver, two inputs of which are connected respectively to pins 17 and 18 of the microcontroller, in addition, the following internal peripheral modules of the microcontroller are involved in the device, connected by default to the internal bidirectional bus: the central processor module CPU, the analog-to-digital converter ADC, the program memory module Program memory, the random access memory module RAM, the serial interface module USART, the output "TX" of which is connected to pin 18 of the microcontroller, and the input "RX" - to pin 16 of the microcontroller, the internal peripheral module - operational amplifier OPA2, the non-inverting input of which is connected to pin 24, and the inverting input to pin 23 of the microcontroller, configured as analog inputs of the input/output port PORTB, is also involved, and the output of the operational amplifier OPA2 is connected to pin 22 of the microcontroller, configured as an analog output of the PORTB port, the internal peripheral module - the output signal generation unit COG1 and the timers Timer2 and Timer4, connected by default to the internal bidirectional bus, are also involved, wherein the input "AN11" of the analog-to-digital converter ADC is connected to pin 25 of the microcontroller, configured as an analog input of the PORTB input/output port, the following internal peripheral modules of the microcontroller, connected by default to the internal bidirectional bus, are also involved: configurable logic cells CLC1, which is used as the "AND" logical element, and CLC2, which is used as the "OR" logical element, the Timer1 timer, the digital-to-analog converter DAC1, as well as the comparator CMP4 and the "RC0" and "RC6" bits of the PORTC input/output port register, wherein the "RC0" bit is connected to the COG A output of the COG1 output signal generation unit and to pin 11 of the microcontroller, configured as the digital output of the port input/output port PORTC, and the counting input of the Timer1 timer is connected to the output of the internal clock generator, and its output is connected to the input of the configurable logic cell CLC2 and the first input of the configurable logic cell CLC1, the second input of which is connected to the output of the comparator CMP4, the non-inverting input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter DAC1, and the inverting input is connected to pin 26 of the microcontroller, configured as an analog input of the input/output port PORTB, the output of the configurable logic cell CLC1 is connected to the Auto-conversion Trigger input of the analog-to-digital converter ADC, the output of the configurable logic cell CLC2 is connected to the Rising Event Input Source input of the output signal generation unit COG1 and the counting inputs of the timers Timer2 and Timer4, the Auto-shutdown Source input of the output signal generation unit COG1 is connected to the output of the timer Timer2, pin 25 of the microcontroller is connected to the output of the low-pass filter, the discharge "RC6" of the PORTC input/output port register is connected to the internal bidirectional bus and to pin 17 of the microcontroller, configured as a digital output of the PORTC input/output port, characterized in that the following internal peripheral modules of the microcontroller are additionally involved in the device: the Timer3 timer, connected by default to the internal bidirectional bus, and the configurable logic cell CLC3, which is used as an "AND" logical element, the "RC1" and "RC2" bits of the PORTC input/output port register and the "RA6" bit of the PORTA input/output port register are also involved, wherein the non-inverting input of the configurable logic cell CLC3 is connected to the COG A output of the COG1 output signal generation unit, and its inverting input is connected to the output of the CMP4 comparator, the "RC1" bit of the PORTC input/output port register is connected to the Gate input of the Timer3 timer and to pin 12 of the microcontroller, configured as a digital input of the port input/output port PORTC, the "RC2" bit of the PORTC input/output port register is connected to the output of the configurable logic cell CLC3 and to pin 13 of the microcontroller, configured as a digital output of the PORTC input/output port, the "RA6" bit of the PORTA input/output port register is connected to the External Reset inputs of the Timer2 and Timer4 timers and to pin 10 of the microcontroller, configured as a digital input of the PORTA input/output port, the counting input of the Timer3 timer is connected to the output of the internal clock generator, pin 10 of the microcontroller is connected to pin 11 of the microcontroller and the control input of the switch, and pins 12 and 13 of the microcontroller are connected to each other.