Устройство для измерения давления жидкостей и газов
Заявляемое техническое решение (устройство) относится к области измерения неэлектрических величин в технологических процессах, в частности, измерения давления жидкостей и газов и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известные устройства для измерения давления, содержащие чувствительный элемент, например, сильфон; двуплечий рычаг; датчик рассогласования (нуль-орган); усилитель-преобразователь «напряжение-ток»; преобразователь «ток-сила» (соленоиды), отличаются наличием внешнего блока индикации и отсутствием связи с компьютером (ЭВМ), что усложняет процессы измерения, снижает точность измерения, удобство эксплуатации, сужает технологические возможности устройства, например, возможности автоматической поверки аналогичных устройств, документирования и т.п. Заявленное техническое решение направлено на ликвидацию этих недостатков и расширение технологических возможностей устройства. Этот технический результат достигается тем, что при осуществлении заявленного устройства в него включены датчик температуры внутри корпуса заявленного устройства и вместо блока индикации - оригинальная плата управления, содержащая аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с 3 входами для измерения давления, тока и температуры, а также принимающий от АЦП результаты измерений микроконтроллер, соединенный с буквенно-цифровым индикатором и микросхемой связи с компьютером (ЭВМ).
Заявляемое техническое решение (далее «заявляемое устройство») относится к области измерения неэлектрических величин в технологических процессах, в частности измерения давления жидкостей и газов и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известно устройство для измерения давления жидкостей и газов, представляющее собой преобразователь давления жидкостей и газов в постоянный электрический ток и использующее кинематическую схему поддержания одного и того же положения механизмов при измерениях любых значений измеряемой величины, см. «Преобразователи давления измерительные электрические ИПД», техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.9026.269 ТО, а также паспорт 3.9060.632 ПС, изготовитель АО «Манометр», г.Москва.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является аналогичное устройство для измерения давления жидкостей и газов, использующее тот же принцип, но представляющее собой комплекс в составе вышеупомянутого ИПД и блока индикации Щ304, см. «комплекс для измерения давления цифровой ИПДЦ», техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.9026.288 ТО, паспорт 3.9060.715 ПС, изготовитель также АО «Манометр», г.Москва.
Это устройство принято за прототип.
Функциональная схема прототипа представлена на фиг.3 и содержит преобразователь «давление-сила» 1 (чувствительный элемент, например, сильфон); двуплечий рычаг 2; датчик рассогласования (нуль-орган) 3; усилитель-преобразователь «напряжение-ток» 4; преобразователь «ток-сила» (катушки) 5; блок индикации 6.
Недостатками прототипа являются:
а) наличие блока индикации для определения результата измерения;
б) пересчет оператором вручную результата измерения по определенной формуле в зависимости от величины ускорения свободного падения "g", связанного с местом эксплуатации устройства;
в) переключение диапазона измерения оператором вручную,
г) отсутствие связи с компьютером, возможности документирования результатов измерения или поверок.
д) отсутствие вывода результатов измерения в любой размерности,
е) отсутствие переключения разрядности измерения,
Заявляемое устройство устраняет перечисленные недостатки и направлено на достижение такого технического результата, как расширение функциональных возможностей, в частности автоматизированной поверки аналогичных по назначению устройств за счет добавления 2-го канала измерения - входа измерения тока; повышения точности измерений за счет добавления 3-го канала измерения - входа температуры и введения автоматической коррекции температурной погрешности, а также отсутствия механического воздействия на устройство при калибровке через нажатие его кнопок (управление от клавиатуры компьютера); повышения удобства калибровки за счет индикации этапов, повторения отдельных этапов по выбору, возможности коррекции результатов отдельных этапов.
Указанный выше технический результат при осуществлении заявляемого устройства достигается заменой блока индикации на оригинальную плату управления, содержащую аналого-цифровой преобразователь (далее АЦП), соединенный с микроконтроллером, который в свою очередь соединяется с буквенно-цифровым индикатором и микросхемой связи ее с компьютером.
Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1, на которой показаны преобразователь «давление-сила» 1 (чувствительный элемент, например, сильфон); двуплечий рычаг 2; датчик рассогласования (нуль-орган) 3; усилитель-преобразователь «напряжение-ток» 4; преобразователь «ток-сила» (соленоиды) 5; блок индикации 6; плата управления 7, содержащая АЦП 8, микроконтроллер 9, буквенно-цифровой индикатор 10, микросхему связи 11 с компьютером 12; а также расположенный внутри корпуса заявляемого устройства датчик температуры 16.
Кинематическая схема заявляемого устройства представлена на фиг 2, на которой показаны, кроме показанных на фиг.1 компонентов, калибровочный груз (например, стальной шарик) 13; безлюфтовая ось вращения 14 двуплечего рычага 2; нагрузочный резистор 15 тока соленоидов 5.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При подаче давления в чувствительный элемент 1 длинное плечо рычага 2 перемещается вверх, изменяется выходное напряжение датчика рассогласования 3, соответственно изменяется ток на выходе усилителя 4, который является входным током соленоидов 5. Соленоиды 5 преобразуют этот ток в усилие, воздействующее на рычаг 2 так, что он всегда стремится вернуться в исходное положение. При достижении этого положения (с рассогласованием, зависящим от коэффициента усиления разомкнутой системы) ток соленоидов 5 будет пропорционален величине измеряемого давления и в этот момент осуществляется измерение его при помощи АЦП 8 и микроконтроллера 9. Т.к. результат измерения снимается в одной и той же точке - исходном положении рычага 2, погрешности от кинематики устройства одни и те же для любых измеряемых величин давления и являются систематической погрешностью, устраняемой начальной калибровкой устройства. За счет этого достигается высокая точность заявляемого устройства. Аналогично работает заявляемое устройство при измерении вакуума (давления ниже атмосферного), направление перемещения рычага 2 и фаза выходного сигнала датчика рассогласования 3 при этом противоположны предыдущему.
Начальная калибровка заявляемого устройства осуществляется по эталонному задатчику давления, при этом вводится ускорение свободного падения в географическом районе проведения калибровки. Выходные величины АЦП 8 при нуле и пределах измеряемого параметра (давления, тока, температуры), а также от калибровочного груза 13, который опускается на рычаг 2 в конце калибровки при нуле давления, (калибровочные константы) сохраняются в памяти микроконтроллера 9 и передаются в компьютер 12.
Непосредственно в процессе работы для коррекции погрешностей от временных и эксплуатационных изменений конструкции заявляемого технического решения (устройства), ухода нуля, а также учета величины ускорения свободного падения "g" в районе ее использования, применяется рабочая калибровка заявляемого технического решения (устройства). В ней задается ускорение свободного падения "g", корректируются ноль и калибровочные константы таким образом, что измеренное давление от эталонного груза 13 становится таким же, каким было при проведенной последней начальной калибровке. Все необходимое управление и расчеты осуществляются микроконтроллером 9. Измеренные параметры выдаются на индикатор 10 и компьютер 12.
С целью использования заявляемого устройства в качестве поверяющего устройства одно и то же давление подается на него и поверяемый прибор. Выходной ток поверяемого прибора, пропорциональный давлению, подается на токовый (второй) вход АЦП 8 заявляемого устройства. В режиме поверки поверяющим заявляемым устройством считываются одновременно оба входа - токовый и давления, т.е. величины одного и того же давления, измеренного поверяемым прибором и поверяющим заявляемым устройством. Эти величины сохраняются в памяти компьютера 12 и выдаются в виде протокола поверки.
Для ввода температурной коррекции на третий вход АЦП 8 подается сигнал с расположенного внутри корпуса заявляемым устройством датчика температуры 16. При этом используются температурные зависимости показаний заявляемого устройства при нуле давления и при измерении калибровочного груза 13, т.е. ввод температурной коррекции аналогичен проведению рабочей калибровки устройства, осуществляемой автоматически без участия оператора при изменениях температуры внутри корпуса устройства.
Без подключения компьютера заявляемое устройство сохраняет работоспособность и все функции, кроме документирования, хотя при этом имеется возможность использования только двух базовых размерностей измеряемого давления вместо всех возможных.
Устройство для измерения давления жидкостей и газов, содержащее чувствительный элемент давления (например, сильфон), двуплечий рычаг, датчик рассогласования положения этого рычага относительно исходного положения (нуль-орган), усилитель и электромагнитные устройства (соленоиды) возврата рычага в исходное положение при измерении, отличающееся тем, что оно содержит датчик температуры внутри корпуса заявляемого устройства и оригинальную плату управления, содержащую аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с 3 входами для измерения давления, тока и температуры, а также принимающий от АЦП результаты измерений микроконтроллер, соединенный с буквенно-цифровым индикатором и микросхемой связи с компьютером (ЭВМ).
