Мікроконтролерна система діагностики для оцінювання двигуна Стірлінга

Abstract

Представлено систему вимірювання з мікроконтролером, за допомогою якої здійснюється діагностика та оцінюється ефективність роботи двигуна Стірлінга. В систему заімплементовано модель аналізу прототипу двигуна Стірлінга для знаходження оптимальних значень його основних робочих параметрів. Двигун Стірлінга оснащено сенсорами вимірювання температури за допомогою термопари з матеріалу залізо/константан типу Fe-CuNi/J і давачем тиску. Крім цього, запроектовано пристрій тестування із застосуванням 16-бітного контролера PIC18F для виконання аквізиції даних. У зв’язку з тим, що критично важливою частиною двигуна Стірлінга є регенератор, розроблено складну систему електронного керування регулювальних клапанів входу та виходу регенератора. Цю систему створено на основі сучасного мікроконтролера типу PIC24H корпорації Microchip. Систему обладнано оригінальною програмою мовою асемблер, яка покращує роботу двигуна Стірлінга та підвищує його продуктивність шляхом електронного керування клапанами. Електронна система виконує низку вимірювань на головному валу двигуна. Такими є вимірювання частоти обертання, використовуючи давач Холла. Сигнал давача Холла підлягає перетворенню з подальшим обробленням у процесорі PIC24H. Ці імпульси після перетворення в елементі Шотткі застосовуються для керування клапанами та синхронізації блока випередження й регулювання відкриття клапанів. Система також служить для перевірки потужності двигуна Стірлінга на підставі вимірювання обертового моменту на головному валу. Система характеризується розширеними функціональними можливостями, причому дані з 16-бітного мікроконтролера типу PIC24H обробляється в математичному модулі та, в подальшому, – у мікроконтролері типу ARM11. Система, окрім вимірювання потужності двигуна Стірлінга, відіграє істотну роль для дослідження характеристик двигуна. Тому побудовано випробувальний стенд, оснащений рядом процесорів для збору даних про частоту обертання і крутний момент. Ці дані використовуються для подальшого аналізу отриманих результатів науково-дослідних експериментів. Вал двигуна Стірлінга з’єднано зі спеціально сконструйованим вимірювальним пристроєм на базі електричного генератора, що дає змогу оцінювати динамічні параметри двигуна Стірлінга. Будова та структура випробувального стенда разом з електронною системою та електричним генератором буде предметом окремої статті.

In this paper we present the microcontroller system for the diagnostics and evaluation of the Stirling engine performance. For this purpose the analysis model for the prototype engine has been developed to present the engine’s improved benchmarking results. The functioning of this engine has been analysed with the aim to find and optimize the main working parameters. To obtain this goal the Stirling engine has been equipped with different kinds of electronic sensors. A microcontroller testing circuit has been designed, which uses the acquisition of data from the data module.