УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ И КАЛИБРОВКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к устройствам для испытаний и калибровки аппаратуры для измерения уровня жидкости, задающим расстояние для воспроизведения единицы длины (уровня) при проведении поверки и калибровки средств измерения уровня методом сличения показаний между эталонным средством измерения длины (уровня) и поверяемым или калибруемым средством измерения уровня.
Известен прибор для поверки и калибровки средств измерения уровня «Стенд для поверки уровнемеров», описанный в патенте на полезную модель №140028, изготавливаемый ООО «ЭлМетро-Инжиниринг», Россия (см. Приложение).
Известный прибор (рисунок 1) содержит: линейную часть 1 с жестко закрепленным на ней неподвижным основанием 2, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижную часть 3 с жестко закрепленным на ней основанием 4. Линейная часть 1 представлена в виде металлических профилей, закрепленных на опорах. На неподвижном основании 2 линейной части 1 прочно закреплен поверяемый уровнемер 5; на основании 4 подвижной части 3 закреплен отражатель 6, причем поверяемый уровнемер 5 установлен таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна плоскости отражателя 6. Подвижная часть 3 предназначена для перемещения отражателя 6 в горизонтальной плоскости по линейной части 1 и снабжена элементами фиксации ее в неподвижном состоянии в заданных точках. Имеются измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, представленный в виде магнитной ленты 7, которая уложена на линейную часть 1 стенда, и устройство 8 - преобразователь линейного перемещения, закрепленный на подвижной части 3, предназначенную для считывания показаний магнитной ленты и представляющую собой линейный энкодер. Стенд снабжен температурными датчиками 9 и, при необходимости, системой 10 циркуляции воздуха. В неподвижном основании 2 линейной части стенда могут быть выполнены продольные пазы 11 для возможности крепления уровнемеров 5 разного вида (на чертеже не показаны). Здесь же расположен датчик 12 положения. В подвижной части 3 стенда отражатель 6 прикреплен к основанию 4 посредством сферического шарнира 13.
Недостатком известного устройства является то, что магнитная лента 7 уложена на линейную часть 1, что приводит к тому, что отклонение от прямолинейности линейной части передается на магнитную ленту, тем самым магнитная лента требует юстировки в процессе использования. Еще одним недостатком магнитной ленты является то, что стенд должен иметь температурные датчики 9 и, систему циркуляции воздуха 10 для учета и уменьшения линейного температурного расширения, влияющего на показания измерителя расстояния. Так же еще одним недостатком известного устройства является наличие сферического шарнира 13, что приводит к уменьшению жесткости системы по сравнению с жестким болтовым креплением.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является стенд для поверки и калибровки средств измерения уровня «Метрологический стенд по поверке, калибровке уровнемеров и сигнализаторов уровня», описанный в патенте на изобретение 2 690 701, изготавливаемый АО «Текноу», Россия (см. Приложение) и выбранный в качестве прототипа.
Известный прибор содержит: линейную часть с элементами для подсоединения поверяемых сигнализаторов уровня и подвижную часть, отражатель и средства для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по неподвижной линейной части стенда, на линейной части жестко закреплена тумба приборная с металлическим щитом для подсоединения сигнализатора уровня или уровнемера, подвижной части, перемещение которой осуществляется посредством прецизионного шагового привода с помощью армированного зубчатого полиуретанового ремня, на которой закреплен отражатель, для измерения расстояния от неподвижного металлического щита до перемещаемого отражателя стенд содержит высокоточный лазерный интерферометр или лазерный дальномер, в состав стенда введен измерительный блок для контроля за температурой, влажностью и давлением окружающей среды. Для использования лазерного интерферометра на прецизионных направляющих рельсах линейной части установлен реперный датчик для определения точки отсчета. Для проведения измерений с использованием лазерного интерферометра на подвижной части несущей рамы закреплен линейный ретрорефлектор. Лазерный интерферометр или лазерный дальномер расположен за отражателем и жестко закреплен к полу посредством тумбы, не связанной с основной рамой стенда. Для работы с контактными тросовыми (емкостными) уровнемерами стенд содержит систему натяжения, включающую электрическую лебедку с датчиком натяжения, установленную на тумбу.
Недостаток прототипа - сложность конструкции, обусловленная следующими конструктивными элементами:
наличием реперного датчика для определения точки отсчета;
необходимостью крепления лазерного интерферометра через оптически регулируемую платформу к полу посредством отдельной тумбы, не связанной с основной рамой стенда;
установкой эталонного лазерного интерферометра или лазерного дальномера за отражающей поверхностью;
выполнением неподвижной части в виде сплошного металлического щита;
наличием прецизионных тележек и прецизионного шагового привода с армированным зубчатым ремнем для перемещения подвижной части вдоль направляющих.
При этом установка реперного датчика приводит к тому, что система измерений не связана с неподвижным основанием, что влечет за собой появление дополнительной погрешности. Лазерный интерферометр или лазерный дальномер в прототипе жестко закреплен к полу за отражателем, не связан с линейной частью стенда, что также приводит к дополнительной погрешности позиционирования системы в стационарных условиях несвязанных элементов. Кроме того, размещение эталонного лазерного интерферометра и лазерного дальномера за отражающей поверхностью ведет к необходимости проводить перерасчет показаний эталонных приборов, что так же приводит к появлению дополнительной не исключенной систематической погрешности измерений.
Задачей является упрощение конструкции при снижении погрешности поверки и калибровки.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для поверки и калибровки средств измерения уровня, включающем неподвижную часть с приборным отсеком, выполненную из двух блоков, один из которых расположен перед отражателем и на котором закреплен поверяемый уровнемер, а второй блок неподвижной части установлен за отражателем, электропривод для перемещения подвижной части, выполненной в виде основания с регулируемыми опорами, на котором закреплен с возможностью перемещения отражатель, закрепленный напротив поверяемого уровнемера, жестко связанную с одной стороны с неподвижной частью линейную часть в виде линейных направляющих, выполненную из металлических профилей для перемещения по ним подвижной части, измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, представляющий собой эталонный уровнемер, также закрепленный на неподвижной части, согласно полезной модели, блок неподвижной части, размещенный перед отражателем, выполнен в виде вертикально установленной металлической рамы с приборным отсеком и с закрепленным на ней поверяемым уровнемером, и неподвижного основания, на котором жестко закреплены электропривод, эталонный уровнемер, а второй блок неподвижной части, расположенный позади отражателя, жестко связан со второй стороной линейной части и выполнен в виде неподвижного вертикального элемента, при этом электропривод соединен с подвижной частью с помощью троса.
При этом в качестве эталонного уровнемера может быть использован лазерный дальномер.
Также в качестве эталонного уровнемера может быть использован лазерный интерферометр, и тогда в устройство может быть введен элемент определения точки отсчета лазерного интерферометра, представляющий собой лазерный дальномер с диапазоном измерений до 0,2 м, жестко закрепленный на неподвижном основании первого блока неподвижной части.
Кроме того, при поверке и калибровке волноводных уровнемеров на втором блоке неподвижной части, установленном за отражателем и выполненном в виде неподвижного вертикально элемента, могут быть размещены катушка для натяжения волноводов средств измерения уровня и стопор для фиксации усилия их натяжения.
Выполнение неподвижной части устройства из первого блока, размещенного перед отражателем, выполненного в виде металлической рамы с жестко закрепленным на ней поверяемым прибором, и неподвижного основания, на котором жестко закреплены электропривод и эталонный уровнемер в совокупности с жестким закреплением второго блока неподвижной части со второй стороной линейной части, дает возможность при более простой конструкции избежать дополнительной погрешности из-за нестабильного позиционирования элементов измерительной системы.
Технический результат - упрощение конструкции при повышении точности поверки и калибровки.
Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение блока неподвижной части, размещенного перед отражателем, в виде вертикально установленной металлической рамы с приборным отсеком и закрепленным на ней поверяемым уровнемером, и неподвижного основания, жесткое крепление на этом основании электропривода, эталонного уровнемера, выполнение второго блока неподвижной части, расположенного позади отражателя, жестко связанным со второй стороной линейной части и выполнение его в виде неподвижного вертикального элемента, на котором размещены катушка для натяжения волноводов средств измерения уровня и стопор для фиксации усилия их натяжения, соединение электропривода с подвижной частью с помощью троса, обеспечивающими достижение заданного результата.
Заявляемое устройство может быть использовано в метрологических целях для поверки или калибровки средств измерения уровня, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена схема устройства.
Устройство для поверки и калибровки средств измерения уровня включает неподвижную часть 1, подвижную часть 2 и линейную часть 3. Неподвижная часть 1 выполнена из двух блоков 4 и 5. Подвижная часть 2 включает в себя основание 6 с регулируемыми опорами, на котором закреплен с возможностью перемещения отражатель 7 по линейной части 3. При этом блок 4 неподвижной части 1 расположен перед отражателем 7 напротив него и выполнен в виде вертикально установленной металлической рамы 8 с приборным отсеком 9 для размещения приборов управления (на чертеже не показаны) и неподвижного основания 10. На неподвижном основании 10 жестко закреплены электропривод 11, эталонный уровнемер 12 и поверяемый уровнемер 13. Второй блок 5 неподвижной части 1 установлен за отражателем 7. Линейная часть 3 выполнена в виде линейных направляющих 14, представляющих собой металлические профили (рельсы) для перемещения по ним подвижного основания 6, и связана с одной стороны с основанием 10 неподвижной части 1. Подвижная часть 2 перемещается по линейной части 3 на роликах, размещенных в опорах 15. При этом подвижная часть 2 соединена с электроприводом 11 с помощью металлического троса 16. Отражатель 7 жестко связан с подвижным основанием 6.
Измеритель расстояния от подвижной части 2 до неподвижной части 4 представляет собой эталонный уровнемер 12 в виде лазерного дальномера или лазерного интерферометра, также закрепленного на неподвижной части 1 - основании 10. Второй блок 5 неподвижной части 1, размещенный за отражателем 7, выполнен в виде вертикально установленного неподвижного элемента 5' и жестко связан со второй стороной линейной части 3.
Эталонный лазерный дальномер 12' жестко закреплен на неподвижном основании 10, имеет диапазон измерений до 40 м и используется для измерений расстояний с погрешностью ±1 мм.
При использовании в качестве эталонного уровнемера лазерного интерферометра 12'', жестко закрепляемого на основании 10, для определения точки отсчета его измерений в устройство дополнительно введен лазерный дальномер 17 с диапазоном измерений не более 0,2 м, который также установлен на неподвижном основании 10. Лазерный дальномер 17 и лазерный интерферометр 12'' используются для измерений расстояний с погрешностью ±0,3 мм.
При поверке и калибровке волноводных уровнемеров на втором блоке 5 неподвижной части 1, установленном за отражателем 7 и выполненном в виде неподвижного вертикального элемента 5', могут быть размещены катушка 18 для натяжения волноводов средств измерения уровня и стопор 19 для фиксации усилия их натяжения.
Устройство для поверки и калибровки средств измерения уровня работает следующим образом.
На неподвижное основание 10 неподвижной части 1 закрепляют поверяемое или калибруемое средство 13 измерения уровня. Перемещение подвижной части 2 по линейной части 3 выполняют с помощью электропривода 11 и металлического троса 16. Отражатель 7 имитирует положение уровня, расстояние до отражающей поверхности 7 измеряет лазерный дальномер 12'. Для высокоточных измерений положения отражающей поверхности используют лазерный дальномер 17 и лазерный интерферометр 12'' с отражающим элементом 20. Перемещение подвижной части 2 может происходить в ручном и автоматическом режиме. Для ручного передвижения подвижной части 2 необходимо отсоединить трос 16 от подвижной части 2. Для поверки средств 13 измерения уровня с гибкими волноводами волноводы натягивают с использованием катушки 18 и стопора 19, расположенных за отражателем 7 на неподвижном блоке 5 неподвижной части 1. Прямым сличением сравнивают показания средств измерения длины 12', или 12'' и 17 с показаниями поверяемого средства13 измерения уровня.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство для поверки средств измерения уровня является более простым по конструкции и достаточно точным за счет жесткого соединения неподвижной части 1, линейной части 3, подвижной части 2, а так же установки средств измерения длины 12' или 12'' и 17 на неподвижной части 1 перед отражателем 7.