УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ВТОРИЧНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ УЗЛОВ УЧЕТА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ "УПВА-Т"

Изобретение относится к средству измерения и может быть использовано для автоматизации поверки (калибровки) вторичной измерительной аппаратуры узлов учета нефти и нефтепродуктов.
Известно (ТУ 4012.011.1141740-2000), принятое за прототип, устройство для поверки вторичной измерительной аппаратуры узлов учета нефти и нефтепродуктов (далее - УПВА), содержащее блок центрального процессора (ПРЦ), который периодически сканирует матричную клавиатуру (МК), которая служит для ввода нового значения параметра; производит установку выходных сигналов заданием тока: в аналоговых каналах путем вычисления кодов в соответствии с требуемыми значениями тока по аналоговым каналам и записи их в соответствующие каналы цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), откуда сигналы подаются на клеммы подключения испытуемого оборудования, в импульсных каналах - путем деления в блоке делительной частоты (БДЧ) опорной частоты кварцевого генератора (КГ) на вычисленный блоком центрального процессора коэффициент деления для получения ближайших к требуемым значений частоты или периода в выбранных каналах и записи их в соответствующие каналы блока делительной частоты (БДЧ), представляющего собой набор из счетчиков-делителей с программно задаваемым коэффициентом деления, откуда сигналы подаются через выходные буферы (ВБ), в которых логические уровни выходных сигналов приводятся к требуемым значениям, на клеммы подключения испытуемого оборудования; проверяет готовность и периодически считывает информацию с аналого-цифрового преобразователя (АЦП), производящего измерение тока в каждом аналоговом канале, поочередно подключаемом к нему после установления токов в аналоговых каналах аналоговым мультиплексором (AM), и вычисление разности между требуемыми и фактическими значениями тока, на основании которой блок центрального процессора корректирует значения тока в аналоговых каналах путем изменения значений кодов, записанных в цифро-аналоговом преобразователе; выводит значение сигнала в выбранном канале на жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор (ЖКИ), который служит для отображения номера выбранного канала, текущего значения параметра по каналу и задания нового значения параметра; вырабатывает управляющие сигналы для формирователя уровня импульсных сигналов (ФУ), производящего требуемое напряжение для питания выходных буферов, и блок имитации прувера (БИП), представляющий собой импульсную схему, на вход которой по сигналу запуска от блока центрального процессора с заданной частотой подаются импульсные сигналы, в результате прохождения заданного количества которых на выходные буферы формируется пачка импульсов, начало которой совпадает с началом стартового импульса, а конец совпадает с началом стопового импульса, при этом стартовый и столовый импульсы через электронные ключи замыкают выходные клеммы, имитируя датчики детектора трубопоршневой поверочной установки (прувер).
УПВА является источником прецизионных аналоговых и импульсных сигналов, имитирующих сигналы преобразователей расхода, плотномеров, аналоговых датчиков температуры, датчиков давления и т.п., а также прувера.
Недостатком известного устройства, препятствующим получению нижеуказанного основного технического результата, является неприспособленность его для измерения сигналов первичной измерительной аппаратуры.
Задача настоящей полезной модели заключается в совершенствовании конструкций средств измерения.
Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей УПВА, а, следовательно, и области его применения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что известное устройство для поверки вторичной измерительной аппаратуры узлов учета нефти и нефтепродуктов, содержащее блок центрального процессора, который периодически сканирует матричную клавиатуру, которая служит для ввода нового значения параметра; производит установку выходных сигналов заданием в аналоговых каналах путем вычисления кодов в соответствии с требуемыми значениями тока по аналоговым каналам и записи их в соответствующие каналы цифро-аналогового преобразователя, откуда сигналы подаются на клеммы подключения испытуемого оборудования, в импульсных каналах - путем деления в блоке делительной частоты опорной частоты кварцевого генератора на вычисленный блоком центрального процессора коэффициент деления для получения ближайших к требуемым значений частоты или периода в выбранных каналах и записи их в соответствующие каналы блока делительной частоты, представляющего собой набор из счетчиков-делителей с программно задаваемым коэффициентом деления, откуда сигналы подаются через выходные буферы, в которых логические уровни выходных сигналов приводятся к требуемым значениям, на клеммы подключения испытуемого оборудования; проверяет готовность и периодически считывает информацию с аналого-цифрового преобразователя, производящего измерение тока в каждом аналоговом канале, поочередно подключаемом к нему после установления токов в аналоговых каналах аналоговым мультиплексором, и вычисление разности между требуемыми и фактическими значениями тока, на основании которой блок центрального процессора корректирует значения тока в аналоговых каналах путем изменения значений кодов, записанных в цифро-аналоговом преобразователе; выводит значение сигнала в выбранном канале на жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор, который служит для отображения номера выбранного канала, текущего значения параметра по каналу и задания нового значения параметра; вырабатывает управляющие сигналы для формирователя уровня импульсных сигналов, производящего требуемое напряжение для питания выходных буферов, и блок имитации прувера, представляющий собой импульсную схему, на вход которой по сигналу запуска от блока центрального процессора с заданной частотой подаются импульсные сигналы, в результате прохождения заданного количества которых на выходные буферы формируется пачка импульсов, начало которой совпадает с началом стартового импульса, а конец совпадает с началом стопового импульса, при этом стартовый и стоповый импульсы через электронные ключи замыкают выходные клеммы, имитируя датчики детектора трубопоршневой поверочной установки, дополнительно содержит блок входных сигналов с аналоговым и частотным входами, куда поступают от первичных преобразователей сигналы, значения которых измеряются аналого-цифровым преобразователем и через блок центрального процессора выводятся на жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор.
Таким образом, в результате модернизации конструкции известного УПВА появляется возможность, в том числе при наладке и обслуживании вторичной аппаратуры, измерить сигналы (аналоговые и импульсные), поступающие от первичных преобразователей.
Как правило, измерение и коррекция тока в аналоговых каналах происходит непрерывно, а
частота кварцевого генератора точно измеряется и записывается в память блока центрального процессора на этапе калибровки при изготовлении устройства.
На фиг.1 изображена лицевая панель устройства с указанием органов управления и индикации.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства с указанием функциональных узлов.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, приводится описание частного случая исполнения полезной модели - устройство УПВА-Т, представляющее собой источник калиброванных сигналов на базе однокристального микроконтроллера АТ89С5132 и прецизионных периферийных микросхем.
Аналоговые каналы реализованы с использованием шестнадцатиразрядных ЦАП АД420 и измерителя на базе 24-разрядного АЦП. Измеренные значения силы тока выводятся на дисплей и используются для коррекции формируемой силы тока.
Импульсные каналы представляют собой прецизионный термокомпенсированный кварцевый генератор и набор делителей с программно задаваемым коэффициентом деления. В качестве ключей сигналов «Страт» и «Стоп» используются реле с оптической развязкой.
Основные технические характеристики УПВА-Т:
Выходные аналоговые каналы:
Количество каналов
4
Диапазон формирования тока, мА
0,5-22,0
Пределы допускаемой абсолютной погрешности формирования тока, мкА ± 3
Диапазон сопротивления нагрузки каналов формирования тока, Ом
10…750
Выходные импульсные каналы:
Количество каналов
2
Диапазоны формирования периода и частоты импульсных последовательностей:
период, мкс
66,625 -10*106
частота, Гц
0,1…15000
Пределы допускаемой относительной погрешности формирования периода импульсных последовательностей, %
±5*10-4
Пределы допускаемой абсолютной погрешности формирования количества импульсов в пачке, имп
±2
Дискретность формирования периода импульсных последовательностей, мкс
0,250
Диапазон формирования количества импульсов в пачке "N", имп
10…5*108
Потребляемая мощность, ВА, не более
20
Питание устройства осуществляется от сети (220±22) В, 50 Гц.
УПВА-Т конструктивно выполнен в высокопрочном корпусе типа "чемодан" из конструкционного пластика. В закрытом (транспортировочном) положении корпус герметичен и обеспечивает пыле- и влагозащиту.
На лицевой панели (фиг.1) УПВА-Т расположены следующие органы управления и индикации:
1. Жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор
2. Цифровая клавиатура
3. Кнопки выбора аналогового канала "А1…А4"
4. Кнопки выбора импульсного (частотного) канала "F1, F2" ("Т1, Т2")
5. Кнопка выбора канала пачки импульсов "N"
6. Кнопки запуска и остановки пачки импульсов "D1" и "D2"
7. Одноименные светодиодные индикаторы выбранного канала и состояния генерации пачки импульсов
8. Одноименные клеммы для подключения испытуемого оборудования ("А1…А4", "F1, F2","N","D1", "D2")
9. Клеммы для подключения измеряемых сигналов (Ain и Fin)
10. Выключатель и разъем для подключения сетевого кабеля Назначение органов управления и индикации:
Жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор служит для отображения номера выбранного канала, текущего значения параметра по каналу и отображения значения задаваемого параметра.
Цифровая клавиатура служит для ввода нового значения параметра
Нажатием на кнопки выбора каналов "А1…А4", "F1", "F2" и "N" осуществляется выбор соответствующего канала для просмотра на дисплее значения его параметра и ввода нового значения
УПВА-Т позволяет имитировать срабатывание детекторов трубопоршневой поверочной установки в обоих направлениях. При нажатии на одну из кнопок "D1" или "D2" запускается пачка импульсов на выходе "N", формируется сигнал "Старт" (замыкание одноименных контактов) и загорается соответствующий индикатор.
Если пачка импульсов запущена кнопкой "D1", то нажатие на кнопку "D2" принудительно (не дожидаясь прохождения заданного числа импульсов) останавливает пачку импульсов и, соответственно, формируется сигнал "Стоп". И наоборот, если пачка импульсов запущена кнопкой "D2", то нажатие на кнопку "D1" останавливает ее. Если выбран канал "N" на дисплей выводится
В состав УПВА-Т входят следующие функциональные узлы (Фиг.2):
ПРЦ - Блок центрального процессора
ЖКИ - Жидкокристаллический индикатор (дисплей)
МК - Матричная клавиатура
КГ - Термокомпенсированный кварцевый генератор
БДЧ - Блок делителей частоты
ФУ - Формирователь уровня импульсных сигналов
БИП - Блок имитации сигналов ТПУ
Старт, Стоп Выходные ключи
ВБ - Выходные буферы
ЦАП - Цифро-аналоговый преобразователь
AM - Аналоговый мультиплексор
АЦП - Аналого-цифровой преобразователь
БВС - Блок входных сигналов
Вся работа УПВА-Т осуществляется под управлением ПРЦ.
В основном цикле программы ПРЦ периодически сканирует клавиатуру, представляющую собой матрицу кнопок 5 колонок на 7 рядах, проверяет готовность и считывает информацию с АЦП, вырабатывает управляющие сигналы и выводит значение сигнала в выбранном канале на ЖКИ.
Задание тока в аналоговых каналах осуществляется следующим образом:
В соответствии с требуемыми значениями тока по аналоговым каналам ПРЦ вычисляет коды и записывает их в соответствующие каналы ЦАП. После установления токов AM поочередно подключает аналоговые каналы к АЦП и происходит измерение тока в каждом канале. Вычисляется разность между требуемым и фактическим значением тока, в соответствии с которым корректируется значение кода. Новые коды записываются в соответствующие каналы ЦАП. Таким образом, работает отрицательная обратная связь (ООС). Если выбран один из аналоговых каналов, то измеренное значение тока в этом канале выводится на ЖКИ.
Измерение и коррекция тока в аналоговых каналах происходит непрерывно. Таким образом, устраняется и долговременный дрейф ЦАП, связанный с прогревом выходных каскадов.
Если при измерении тока оказывается, что фактический ток в канале равен нулю, ПРЦ решает, что в данном канале отсутствует сопротивление нагрузки и устанавливает заданный ток равным нулю, чтобы, с целью безопасности, снять напряжение с выходных клемм.
Импульсные сигналы «F1» («F2») формируются путем деления в БДЧ частоты прецизионного термокомпенсированного кварцевого генератора (КГ). Частота КГ около 4,0 МГц, точно измеряется и записывается в память ПРЦ на этапе калибровки при изготовлении УПВА-Т. БДЧ представляет собой 32-разрядный счетчик-делитель с программно задаваемым коэффициентом деления. Задавать частоту сигнала «F1» («F2») можно либо заданием собственно частоты, либо заданием периода.
Так как сигнал формируется путем деления опорной частоты на целый коэффициент деления, в том и в другом случае процессор вычисляет коэффициент деления для получения ближайшей к возможной частоты (или периода). Это значение частоты или периода ПРЦ запоминает в данном канале и выводит на дисплей.
С БДЧ на клеммы сигналы подаются через ВБ, в которых логические уровни приводятся к требуемым значениям. Питание ВБ осуществляется от ФУ, вырабатывающего требуемое напряжение под управлением ПРЦ.
Блок имитации срабатывания детекторов трубопоршневой поверочной установки (БИП) представляет собой импульсную схему, на вход которой подаются сигналы «F2» и сигнал запуска от ПРЦ. После получения сигнала запуска от ПРЦ, по очередному фронту сигнала «F2» БИП запускает стартовый импульс (длительностью около 0,5 с) и одновременно разрешает прохождение сигнала «F2» на выход «N». Импульсы на выходе «N» подсчитываются. После того, как пройдет заданное количество импульсов, с приходом очередного фронта сигнала «F2» БИП запускает столовый импульс (длительностью также около 0,5 с) и одновременно запрещает прохождение сигнала «F2» на выход «N». Таким образом, на выходе «N» формируется пачка импульсов, начало которой совпадает с началом стартового импульса, а конец совпадает с началом стопового импульса.
Стартовый и столовый импульсы через электронные ключи замыкают выходные клеммы («D1», «D2»), имитируя детектор ТПУ. В качестве электронных ключей использованы транзисторные ключи (схема с открытым коллектором).
Блок входных сигналов ВВС обрабатывает сигналы, поступающие на аналоговый вход «Ain» (путем аналого-цифрового преобразования) и частотный вход «Fin» (путем подсчета количества входных импульсов за секундный интервал). Вывод значений измеренных параметров на дисплей прибора осуществляется после нажатия кнопки <Esc>.
Ниже описывается порядок работы устройства.
1. Подать напряжение питания на УПВА-Т. Выдержать во включенном состоянии не менее 3 минут.
2. Произвести установку выходных сигналов по всем используемым каналам.
3. Для задания тока:
1) Выбрать канал нажатием кнопки А1-А4. На дисплей выведется номер канала и заданное по нему значение тока.
2) С помощью цифровой клавиатуры ввести требуемое значение тока. Задаваемое значение выводится в нижней строке индикатора. В процессе ввода нового значения для отмены и возврата к прежнему значению нажать <ЕSС>
3) Нажать <ОК>
4) Повторить процедуру по п.п.1-3) для всех аналоговых каналов.
Примечание: Прибор автоматически определяет наличие нагрузки, подключенной к аналоговому каналу, и, если ее нет, с целью безопасности, устанавливает ток равный нулю.
4. Импульсный канал («F1», «F2»):
По импульсному каналу можно задавать амплитуду (напряжение логической "1"), частоту и период выходного сигнала.
5. Для задания частоты:
1) Выбрать канал нажатием кнопки «F1» («F2»).
2) Если необходимо, нажмите кнопку канала еще один или два раза, пока на дисплей не выведется значение частоты в канале, например, "F1 654.321 Hz".
3) С помощью цифровой клавиатуры ввести новое значение частоты. Новое значение выводится в нижней строке индикатора. В процессе ввода нового значения для отмены и возврата к прежнему значению нажать <ESC>.
4) Нажать <ОК>.
6. Для задания периода:
1) Выбрать канал нажатием кнопки «F1» («F2»).
2) Если необходимо, нажмите кнопку канала еще один или два раза, пока на дисплей не выведется значение периода в данном канале, например, "Т 1000.003 мкс"
3) С помощью цифровой клавиатуры ввести новое значение периода. Новое значение выводится в нижней строке индикатора. В процессе ввода нового значения для отмены и возврата к прежнему значению нажать <ESC>
4) Нажать <ОК>
Если установить значение частоты или периода равным нулю, на выходе канала устанавливается логический "0".
7. Для задания амплитуды (уровня логической "1"):
1) Выбрать канал нажатием кнопки «F1» («F2»),
2) Если необходимо, нажмите кнопку канала еще один или два раза, пока на дисплей не выведется значение амплитуды, например, "Amplit 4.0 V".
3) С помощью цифровой клавиатуры ввести новое значение амплитуды. Новое значение выводится в нижней строке индикатора. В процессе ввода нового значения для отмены и возврата к прежнему значению нажать <ESC>.
4) Нажать <ОК> - во всех импульсных каналах и канале «N» установится введенное значение амплитуды сигнала.
8. Имитатор прувера:
Для имитации сигнала преобразователя расхода при проверке по ТПУ используется канал «F2». Частота поступает на счетчик для "вырезания" пачки импульсов и генерации сигналов "Старт" и "Стоп". Для задания количества импульсов:
1) Выбрать канал нажатием кнопки N. На дисплей выведется заданное число импульсов.
2) Если нужно, с помощью цифровой клавиатуры ввести новое число импульсов. Новое значение выводится в нижней строке индикатора. В процессе ввода нового значения для отмены и возврата к прежнему значению нажать <ESC>
3) Нажать <ОК>
4) Для запуска пачки импульсов нажмите <D1> (или <D2> для имитации движения поршня прувера в противоположном направлении) - кратковременно вспыхнет светодиод "D1" ("D2") и загорится светодиод «N», индицирующий наличие пачки импульсов на выходе N. В нижней строке дисплея появится индикатор направления движения поршня вида "D1→D2". Перемещение стрелки по мере прохождения импульсов позволяет судить о стадии их генерации. После того, как закончится пачка импульсов, светодиод N погаснет и кратковременно вспыхнет светодиод "D2" ("D1")
5) Если нажать кнопку <D2> (<D1>) не дожидаясь окончания пачки импульсов, пачка импульсов принудительно закончится, сгенерируется соответствующий импульс "Стоп" и на дисплей выведется фактически прошедшее количество импульсов.
При нажатии <N>, в отличие от других каналов, не загорается светодиод "N". Включенное состояние светодиода означает, что пачка импульсов запущена и еще не кончилась.
9. Измерительные каналы:
После нажатия копки <ESC> прибор переключается в режим отображения измерительных каналов. В верхней строке индикатора прибора показывается значение тока, подключенного к аналоговому входу "A in", в нижней показывается значение частоты, подключенной к частотному входу "F in".