ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЗАПУСКА ДВС

Головин Д.В.¹, Горбунов А.А.²

¹Студент, ²Старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЗАПУСКА ДВС

Аннотация

В работе выполнена оценка погрешностей измерительных цепей при определении энергии пуска двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Ключевые слова: аккумуляторная батарея, запуск ДВС, погрешность измерений.

Golovin D.V.¹, Gorbunov A. A.²

¹Student, ²Senior lecturer, Perm National Research Polytechnic University

DETERMINATION MEASUREMENT ERRORS OF ENERGY FOR START ENGINE

Abstract

In article evaluated errors of measuring circuit at energy determination for start an internal combustion engine of a vehicle.

Keywords: battery storage, engine start, errors of measurement.

Целью исследования является определение зависимости энергии для запуска ДВС от температуры окружающей среды. Измерения в большей степени будут проходить при отрицательных температурах, так как именно в это время происходят наиболее часто не запуски ДВС ввиду отказа аккумуляторной батареи.

В процессе исследования необходимо измерить значение нескольких параметров, а именно: температура окружающей среды, температура электролита аккумулятора, сила пускового тока, напряжение на полюсах аккумуляторной батареи. В состав измерительной системы [1] для измерения энергии будет входить оборудование: многоканальный осциллограф, стационарный измерительный шунт. Помимо этого, на автомобиле параллельно установлена измерительная система, отвечающая за измерение температур окружающей среды и электролита, в ее состав входят термисторы и ГЛОНАСС терминал. Данное оборудование в совокупности образует несколько измерительных цепей, которые обладают определенной погрешностью измерений. Точность выходных параметров зависит от подбора средств измерений согласно документации завода изготовителя и желания получить наименьшую погрешность, используя более точные средства измерений с высоким классом точности.

Для определения абсолютных и приведенных погрешностей средств измерений [2] используем техническую документацию оборудования, так же производим вычисления согласно формуле:

где Δх - абсолютная погрешность измерений; х - нормирующее значение, за которое принимаем верхний предел измерений. Справедливо будет и обратное выражение, для нахождения абсолютной погрешности.

Описание оборудования:

Многоканальный осциллограф Hantek 1008 отвечающий за прием, обработку и отправку на компьютер измеряемых параметров. Согласно инструкции по эксплуатации осциллограф имеет погрешность 0.005% [3].

Для измерения пускового тока будет использоваться стационарный измерительный шунт 75ШИП - 500А. Класс точности 0,5 , падение напряжения на потенциальных зажимах при номинальной силе токе составляет 75мВ, таким образом, приведенная погрешность составляет 0,5%, а абсолютная ± 0,375 мВ. Шунт предназначен для работы при температуре окружающего воздуха от минус 40 °С до плюс 50 °С.

Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом с сопротивлением 10 кОм при 25 °С обладают приведенной погрешностью ± 1% (абсолютная погрешность ±0,2 °С). Термисторы используются для измерения температуры окружающей среды и температуры электролита в аккумуляторной батареи. Диапазон измерений от минус 55 °С до 155 °С [4].

Магазины сопротивлений для тарировки термисторов с терминалом. Класс точности 0,05 (относительная погрешность 0,05%).

ГЛОНАСС терминал Форт-300GL для определения скорости и местоположения транспортного средства, а так же отвечающий за прием, обработку и отправку на сервер измеряемых параметров. На используемых для измерений температуры аналоговых входах предел измерений от 0 до 15 В с абсолютной погрешностью ±0,05 В, таким образом приведенная погрешность имеет значение 0,33%. Терминал Форт-300/300GL предназначен для работы при температурах окружающего воздуха от минус 30°С до плюс 50 °С [5].

Как говорилось ранее, измерительная система, смонтированная в данном случае на автомобиле, имеет несколько измерительных цепей отвечающих за измерение энергии запуска (силы пускового тока, напряжения) и температур.

В погрешность цепи, отвечающей за измерение температуры электролита аккумулятора и окружающей среды, будут входить погрешности магазинов сопротивлений (за счет которых производилась тарировка датчиков), погрешность термисторов, погрешность измерения напряжения на аналоговом входе терминала. При тарировке показаний для диапазона температур от минус 55 °С до 24 °С использовалось два магазина сопротивлений. Итоговая погрешность измерений температуры будет составлять сумму относительных погрешностей при температурах от минус 55 °С до 24 °С и равна 1,43% , абсолютная погрешность 1,1 °С.

В погрешность цепи, предназначенной для отслеживания силы пускового тока, будут входить погрешности измерительных шунтов и погрешность измерения напряжения на входе осциллографа. Таким образом, приведенная погрешность данной цепи будет составлять 0,505 %, абсолютная 2,5 А.

Напряжение на клеммах аккумуляторной батареи определяет непосредственно осциллограф, следовательно, приведенная погрешность измерения напряжения составляет 0,005%, абсолютная 0,001 В.

Расчет энергии пуска будет производиться по формуле:

      [6]

где W_p - энергия разряда аккумулятора, U_p - напряжение разряда, I_p - сила тока разряда.

Итоговая погрешность рассчитываемой энергии пуска будет составлять 0,51%, 153 Дж.

В ходе работы был произведен обзор литературных источников по данному вопросу, произведен выбор оборудования для измерений, осуществлен расчет погрешностей измерительных систем. В результате расчета получены малые значения абсолютных погрешностей, что свидетельствует о правильности выбора средств измерений и возможности их применения в ходе дальнейших исследований зависимости энергии запуска ДВС от температуры окружающей среды.

Литература

1. РМГ 29-99. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. - Взамен ГОСТ 16263-70; введ. 01.01.01.. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 45 с.
2. ГОСТ 8.401-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования. - Взамен ГОСТ 13600-68; введ. 01.07.81. - Москва: Государственный комитет СССР по стандартам; М.: Изд-во стандартов, 1981. - 12 с.
3. Цифровой осциллограф Hantek 1008. Инструкция по эксплуатации. - URL: http://www.hantek.com/Product/Hantek1008/Hantek1008_Manual.pdf (дата обращения: 24.11.2014).
4. NTC термисторы для измерения температуры. Основные технические характеристики. - URL: http://www.epcos.com/inf/50/db/ntc_13/NTC_Mini_sensors_S867.pdf (дата обращения: 24.11.2014).
5. Радиостанция абонентская GSM/GPRS/GPS навигационный терминал FORT-300 ИЛПГ.305177.008 РЭ. Руководство по эксплуатации. - URL: http://www.fort-monitor.ru/upload/medialibrary/0be/Fort300re_2011.pdf (дата обращения: 24.11.2014).
6. Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб. для студентов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2000. 320 с.

References

1. RMG 29-99. GSI. Metrologija. Osnovnye terminy i opredelenija. - Vzamen GOST 16263-70; vved. 01.01.01.. - Minsk: Mezhgosudarstvennyj sovet po standartizacii, metrologii i sertifikacii; M: IPK Izdatel'stvo standartov, 2000. - 45 s.
2. GOST 8.401-80. Gosudarstvennaja sistema obespechenija edinstva izmerenij. Klassy tochnosti sredstv izmerenij. Obshhie trebovanija. - Vzamen GOST 13600-68; vved. 01.07.81. - Moskva: Gosudarstvennyj komitet SSSR po standartam; M.: Izd-vo standartov, 1981. - 12 s.
3. Hantek 1008 digital oscilloscope. User’s manual. - URL: http://www.hantek.com/Product/Hantek1008/Hantek1008_Manual.pdf (data obrashhenija: 24.11.2014).
4. NTC thermistors for temperature measurement. URL: http://www.epcos.com/inf/50/db/ntc_13/NTC_Mini_sensors_S867.pdf (data obrashhenija: 24.11.2014).
5. Radiostantsiya abonentskaya GSM/GPRS/GPS navigatsionnyj terminal FORT-300 ILPG.305177.008 REH. Rukovodstvo po ehkspluatatsii. - URL:http://www.fort-monitor.ru/upload/medialibrary/0be/Fort300re_2011.pdf (data obrashheniya: 24.11.2014).
6. Jutt V. E. Jelektrooborudovanie avtomobilej: Ucheb. dlja studentov. - 3-e izd., pererab. i dop. - M.: Transport, 2000. 320 s.