Способ создания опорного давления в объеме с рабочим веществом
METHOD OF GENERATING REFERENCE PRESSURE IN VOLUME WITH WORKING SUBSTANCE

Изобретение относится к области создания и поддержания статического давления в гидравлической емкости и может быть использовано в метрологической практике при автоматизации процедур калибровки и поверки средств измерений давления.
Известен способ задания давления в контролируемом объеме по патенту RU №2495392, G01L 27/00, опубликованный 10.10.13 Бюл. №28, - [1], заключающийся в том, что с помощью схемы регулирования давления и трубопроводной магистрали задают «грубо» установленное значение давления в контролируемом объеме, затем периодически замеряют в нем давление и, при отклонении его величины от заданной, вычисляют количество сжатого газа, которое необходимо ввести в контролируемый объем или удалить из него, подают или удаляют необходимое количество газа с помощью схемы регулирования до достижения в контролируемом объеме давления, которое затем «прецизионно» поддерживают для того, чтобы обеспечить его в контролируемом объеме.
К недостатку известного способа следует отнести сложность его реализации при регулировании величины давления в контролируемом объеме поскольку требует включения или выключения впускного или выпускного клапанов и клапанов элементов регулирования расхода схемы регулирования.
Известен способ создания опорного давления при измерении абсолютного давления газов упругим чувствительным элементом по патенту RU №504108, G01L 7/02, опубликованный 25.02.1976 Бюл. №7, - [2], заключающийся в том, что полость сравнения заполняют жидкостью с низким давлением упругости паров. Процесс заполнения полости сравнения упругого чувствительного элемента жидкостью ведут до полного вытеснения из нее воздуха при одинаковых давлениях, например, при атмосферных, в полости сравнения, и в рабочей полости, а отпайку полости сравнения ведут при давлении в рабочей полости, превышающем давление в полости сравнения, при этом определяют величину превышения давления. К недостаткам следует отнести:
1) трудоемкость контроля статического давления, определяемого пределом измерения упругого чувствительного элемента и величиной столба жидкости в полости сравнения над упругим чувствительным элементом;
2) отсутствие механизмов создания и контроля верхнего и нижнего значений опорного давления.
Известен способ создания давления в объеме с рабочим веществом, реализованный в изобретении «Газовый задатчик давления» по патенту RU №2246101, G01L 27/00, опубликованный 10.02.2005 Бюл. №4, - [3], заключающийся в том, что задание малых давлений воздуха в вертикальной осесимметричной камере осуществляют регулятором нагрузки, выполненного в виде переменного электромагнита с подвижной частью, электрически соединенного с управляемым источником питания, и управляемым компрессором, при этом уравновешивают силы давления сжатого газа в камере с силой веса пластины нагрузочного элемента, формируя некоторый зазор, который принимают за базовый. Перемещение пневмоклапана приводит к изменению зазора, при этом меняя величину пневматического сопротивления управляют сбросом избыточного давления из камеры в окружающую среду, осуществляя тем самым регулирование с целью поддержания постоянного уровня зазора и предотвращая посредством регулятора давления возможное возникновение автоколебаний.
К недостатку известного способа следует отнести увеличение трудоемкости работ, связанных с созданием опорного давления и расхода и их регулирование устройством подачи газа в камере.
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является способ, реализованный в изобретении «Установка для поверки автоматизированных средств измерений артериального давления и частоты пульса» по патенту RU №2210974, А61В 5/02, опубликованное 27.08.03 Бюл. №24, - [4], по которому пульсации давления с заданной частотой создают за счет колебаний стержня электромагнита об эластичное дно сосуда цилиндрической формы, при этом значения давления и его пульсаций регистрируют в сосуде цилиндрической формы рабочим эталоном давления и поверяемым сфигмоманометром, а затем сравнивают показания друг с другом.
Недостатком данного способа является невысокая точность создания опорного давления в объеме с рабочим веществом:
- не учитывают компенсацию задаваемых параметров давления в объеме с жидкостью от внешних влияющих факторов (например, температуры, атмосферного давления и т.д.);
- отсутствуют механизмы точного поддержания давления в сосуде цилиндрической формы.
Проблемой является низкая эффективность: трудоемкость создания опорного давления в объеме с рабочим веществом с заданной точностью; подверженность влиянию внешних факторов.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности создания опорного давления в объеме с рабочим веществом при поверке средств измерений давления.
Технический результат достигается тем, что в способе создания опорного давления в объеме с рабочим веществом, по которому значение создаваемого давления в контролируемом объеме устанавливают и фиксируют заданное значение давления от источника, новым является то, что первоначально уравновешивают статическое давление в объеме с рабочим веществом с измеряемым статическим давлением внешней среды, а в процессе его изменения в диапазоне давлений от выше заданного, измеряют его значение в процессе снижения давления в объеме с рабочим веществом, и в момент уравновешивания созданного уровня давления в объеме с рабочим веществом с задаваемыми фиксируют эти значения.
Сущность предложенного способа реализована на примере структурно-функциональной схемы устройства для создания опорного давления в объеме с рабочим веществом и пояснена на фиг. 1:
1 - объем с рабочим веществом;
2 - датчик и измеритель давления в объеме с рабочим веществом;
3 - датчик и измеритель внешнего статического давления;
4 - элемент создания давления в объеме с рабочим веществом;
5 - шток;
6 - привод;
7 - генератор давления;
8 - блок сравнения и управления;
9 - устройство сравнения.
Первоначально измеряют внешнее статическое давление датчиком и измерителем 3 внешнего статического давления и сравнивают его показания с показаниями датчика и измерителем давления 2 в объеме с рабочим веществом 1. При отклонении их показаний друг от друга задают блоком сравнения и управления 8 такое значение усилия штока 5 задатчика статического давления на элемент создания давления 4, которое позволяет уравновесить их показания. На последующих этапах реализации способа такая компенсация дает возможность не учитывать показания датчика и измерителя 3 внешнего статического давления.
Усилием штока 5 на элемент создания давления 4 устанавливают номинальные опорные значения верхнего и нижнего давления во внутренней полости объема с рабочим веществом 1, которые затем регистрируют датчиком и измерителем давления 2. При отклонении установленных значений верхнего и нижнего давлений от заданных блоком управления и сравнения 8 усилием штока 5 на элемент создания давления 4 доводят опорные значения датчика и измерителя давления 2 в объеме с рабочим веществом 1 к заданным. Датчик и измеритель давления 2 в соответствии с реализованным принципом измерения преобразует измеряемое давление в электрический сигнал, поступающий в блок управления и сравнения 8 через устройство сравнения 9.
Нагнетают давление в объеме с рабочим веществом 1 выше заданного системой регулирования верхнего значения, а затем снижая его, измеряют сначала верхнее, а затем нижнее значения давления в объеме с рабочим веществом 1 и в момент их равенства с задаваемыми верхним и нижним давлением фиксируют их блоком сравнения и управления 8 через устройство сравнения 9.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность создания опорного давления в объеме с рабочим веществом за счет точного поддержания давления в объеме с рабочим веществом и компенсацией задаваемых параметров давления, обусловленных внешними влияющими факторами, что не достигается в прототипе, при этом данный способ может быть использован при автоматизации процедур поверки средств измерений давления.