Разработка метрологического комплекса для поверки приборов измерения давления

УПРАВЛЕНИЕ, ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 519.872

А. Д. Байтимиров, А. Р. Забирова, М. Л. Шустрова

РАЗРАБОТКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПОВЕРКИ ПРИБОРОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: измерение давления, поверка, калибровка, метрологический комплекс.

Статья посвящена разработке программно-аппаратного метрологического комплекса, позволяющего производить поверку и калибровку датчиков давления до 200кПа.

Key words: pressure measurement, calibration, metrological complex.

This article considers the development of the hardware-software metrological complex for calibration of pressure sensors with measurement range to 200kpa.

Введение

В настоящее время точности измерений уделяется огромное внимание во всех отраслях, от нефтехимической и химической промышленности до медицинской техники. Постоянно увеличивается количество применяемых измерительных приборов, которые в процессе эксплуатации могут изменять свои метрологические характеристики. Для определения точностных характеристик прибора применяют процедуру поверки, регламентируемую действующей нормативной документацией.

Измерение давления является одним из наиболее востребованных типов измерения, и в промышленных масштабах наибольшее распространение имеют датчики с широкими диапазонами измерения [1]. Оборудование для поверки, в свою очередь, должно соответствовать поверяемым приборам, поэтому оснащение метрологических лабораторий в основном специализируется именно на приборах для измерения высоких и средних избыточных давлений [2].

Осуществление поверки и калибровки узкодиапазонных измерителей давления является менее востребованной процедурой, и как правило более точной. Поэтому часто бывает сложно найти организацию, осуществляющую поверки и калибровки подобных устройств.

Естественным шагом в данных условиях стала формулировка задачи разработки аппаратно-программного комплекса для поверки приборов измерения давления до 200кПа для метрологической лаборатории института управления, автоматизации и информационных технологий КНИТУ. Данная задача решена на основе высокоточного задатчика давления МС100 фирмы Yokogawa.

Разработка аппаратно-программного комплекса

Решение поставленной задачи включает в себя следующие элементы:

1. Разработка и сборка схемы подключения компрессора и поверяемого прибора к калибратору МС100.

2. Осуществление сопряжения задатчика давления MC100 с персональным компьютером.

3. Разработка алгоритма функционирования программного обеспечения на базе Visual C++ для автоматизации процесса поверки приборов.

Аппаратная часть построена на базе цифрового калибратора MC100 и персонального компьютера, объединенных с помощью стандартного протокола RS-232.

Схема подключения элементов комплекса для поверки представлена на рис. 1. Принцип работы схемы заключается в следующем. Давление на выходе компрессора 1, установленное с помощью редуктора 2 и манометра МС700 (РЕ 1-1) на величину 280 кПа, подается на вход питания калибратора. МС100, который, в свою очередь, подает задаваемое оператором давление на линию с поверяемым прибором (PE 2-1).

Рис. 1 - Функциональная схема комплекса

МС100 - цифровой калибратор давления, работа которого заключается в снижении подаваемого на его вход давления (280 кПа) от компрессора - 1, расположенного в лаборатории О-111, до заданной величины. Прибор одновременно измеряет и регулирует давление в выходной линии [3].

Реализованный в этом приборе принцип измерения давления на основе кремниевого резонатора (рис. 2) позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики прибора. Кремниевый резонатор называют по истине цифровым сенсором, так как в нем полностью отсутствует промежуточное аналого-цифровое преобразование (деформация сразу преобразуется в частоту), в отличие от емкостного и пьезорезистивного датчиков, где промежуточный аналоговый параметр обязательно присутствует (деформация- емкость-частота, деформация -

сопротивление-частота). Этот факт совместно с чисто линейной зависимостью дает большое преимущество кремневому резонатору, благодаря чему, для достижения более высокой точности, требуется всего лишь увеличить точность калибровки.

контур возбуждения

магнитное поле

измерительным контур

и ускорить процесс поверки приборов, уменьшить фактор человеческой ошибки.

В перспективе возможно расширение программного обеспечения для подключения всей линейки приборов для калибровки, выпускаемых фирмой YOKOGAWA. Также предполагается перевод программного обеспечения из консольного вида в полноценное оконное приложение, написанное в среде программирования Visual C++ 2010, подключение базы поверенных приборов, построение графиков, выдача отчетов в печатном виде и ряд других функций.

резонатору

давление

Рис. 2 - Принцип измерения давления на основе кремниевого резонатора

Благодаря высокой точности и стабильности МС100, с его помощью можно калибровать большой спектр приборов, начиная от реле давления, промышленных датчиков и преобразователей давления и заканчивая медицинским оборудованием.

Функционал калибратора МС 100 подразумевает подключение к ПК по интерфейсу RS 232, но программное обеспечение в комплекте не поставляется. Поэтому было создано приложение для автоматизации управления калибратором давления МС100 с ПК.

В QBasic реализована консольная версия программного обеспечения с перспективой создания полноценного оконного приложения на базе Visual C++.

Блок-схема алгоритма функционирования представлен на рис. 3. Входными данными для работы программы являются серийный номер прибора, диапазон измерения, количество точек измерения, количество измерений в каждой поверяемой точке шкалы, заявленный класс точности и т.д. МС100 задает необходимые значения давления в автоматическом режиме, а задачей метролога станет запись и ввод в программу показаний поверяемого прибора. На основе произведенных измерений программа формирует отчет в печатном виде о текущих метрологических характеристиках прибора и вывод о его соответствии указанному в документации классу точности и возможности его дальнейшей эксплуатации. Планируется занесение всех измерений в локальную базу данных, с целью обеспечения возможности поиска проведенных поверок и выдачи списков приборов, которым необходимо произвести поверку в текущем месяце.

Заключение

Разработанный программно-аппаратный комплекс позволит максимально автоматизировать

© А. Д. Байтимиров - магистрант гр.813-М1 КНИТУ; А. Р. Забирова - магистрант гр.814-М2 КНИТУ; М. Л. Шустрова -к.т.н., доц. каф. автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ, shu.ma@bk.ru.

© A. D. Baytimirov, Master's degree student, Automated sy stems of obtaining and information processing departmentKNRTU; A. R. Zabirova, Master's in the same department; M. L. Shustrova, Ph.D in Science, Associate Professor in the same department, shu.ma@bk.ru.

Рис. 3 - Алгоритм обработки данных Литература

1. Замалетдинова Э.Ю. Сравнительные анализ методов измерения давления /Э.Ю.Замалетдинова, А.И.Егорычев // Вестник казанского технологического университета.-2014.-№8.-С.124-128

2. Герке А.Р. Лабораторный учебный стенд для изучения метрологических характеристик приборов измерения давления/Герке А.Р., Лира А.В., Перухин М.Ю.// Вестник Казанского технологического университета. -2013. -Т. 16.-№ 8.- С. 315-316.

3. [Электронный ресурс], официальный сайт Yokogawa -Цифровой калибратор давления MC100,http://www.yokogawa.ru/calibrators/?prod=97-