ПОРТАТИВНЫЙ КАЛИБРАТОР ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к метрологическому оборудованию обеспечения приборов давления и может применяться для процедуры калибровки и поверки средств измерения давления в различных отраслях промышленности.
Известен портативный (ручной) калибратор давления модель WIKA CPH6600 с встроенным насосом, представленный в типовом листе CT 16.01 от 06.2011 г., Германия, (см. Приложение 1).
Известный калибратор содержит размещенный в корпусе встроенный электрический насос до 1 МПа или встроенный ручной насос до 2 МПа, автономный источник питания, состоящий из 8 щелочных батарей размера АА, дисплей для отображения калибровочных значений. На лицевой панели калибратора размещены дисплей, штуцер подключения давления, разъем для электрических подключений, клавиши предназначенные для включения/выключения калибратора, обнуления значения давления, включения электрического насоса, подстройки значения тока, пределов работы насоса и пределов погрешности, а также три функциональные клавиши. С левой боковой стороны калибратора расположены ручка выбора «давление/вакуум», ручка сброса давления, в нижней части корпуса расположена рукоятка точной регулировки давления.
Вес прибора около 1 кг. Встроенный электрический насос позволяет создавать давление от минус 80 кПа до плюс 1 МПа.
Недостатки - неудобство эксплуатации, т.к. сложно держа прибор в руке, задавать необходимый режим работы, поскольку органы управления расположены по всему периметру прибора; встроенный электрический насос выполнен по схеме с одним цилиндром без возможности разгрузки, что приводит к ударам в кривошипно-шатунном механизме связанным с резким отбрасыванием поршня при переходе через мертвую точку.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является портативный калибратор давления модель WIKA CPH7600, представленный в типовом листе CT 17.01 от 07.2012 г. Германия (см. Приложение 2).
Известный калибратор встроен в прочный, пылезащищенный и влагонепроницаемый кейс и содержит встроенный электрический насос, автономный источник питания в виде встроенного никель-металл-гидридного аккумулятора. Калибратор также может работать от внешнего источника давления, для чего на его лицевой панели в правой ее части размещены соответствующие штуцеры и элементы регулирования подключаемого давления. Перечисленные элементы занимают две трети площади панели. Для предотвращения попадания грязи в калибратор имеется съемный грязеуловитель, устанавливаемый с затяжкой от руки на соответствующий штуцер подключения давления на калибраторе. Отображение измеряемого давления осуществляется на дисплее, расположенном на лицевой панели в верхней ее части слева. Под дисплеем размещена клавиатура для настройки калибратора, его включения/выключения, обнуления показаний и т.п. Габариты калибратора 390 мм × 308 мм × 172 мм, вес примерно 7 кг.
Диапазон создаваемых давлений - от минус 80 кПа до плюс 2 МПа.
Недостатками известного калибратора являются следующие.
Эксплуатационные характеристики известного калибратора не вполне удовлетворительны. Это выражается в следующем:
- он имеет ограниченный диапазон создаваемого давления, верхний предел измерений не соответствует установленному в ГОСТ 22520-85 ряду значений;
- встроенный электрический насос имеет малую производительность;
- встроенный электрический насос выполнен по схеме с одним цилиндром без возможности разгрузки, что приводит к ударам в кривошипно-шатунном механизме связанным с резким отбрасыванием поршня при переходе через мертвую точку;
- установленный (съемный) фильтрующий грязеуловитель не позволяет закрыть крышку кейса калибратора, что вызывает необходимость его монтажа перед началом каждой работы и демонтажа по окончанию работ со снижением его надежности;
- наличие дополнительных элементов для подключения внешнего источника давления в большинстве случаев неоправданно, т.к. такой источник давления в реальных полевых условиях эксплуатации чаще всего отсутствует. Между тем эти элементы существенно увеличивают габариты и вес прибора. Кроме того, большое число элементов управления на лицевой панели обусловливает применение рукоятки точной регулировки давления небольшого диаметра.
- использование в качестве автономного источника питания никель-металл-гидридного аккумулятора, который имеет более низкую удельную энергоемкость и более высокий саморазряд, чем литий-ионный аккумулятор, не позволяет увеличить время непрерывной работы и число циклов создания давления.
Если учесть, что фирмы, предлагающие аналогичные калибраторы в качестве основных эксплуатационных характеристик указывают в спецификациях следующие параметры в рубриках:
- «окружающая среда» - требования к электропитанию;
- время работы при полном заряде - количество часов непрерывной работы, а при использовании встроенного электрического насоса - число циклов создания давления;
- физические - габариты, масса;
- технические - диапазоны создаваемого давления;
- и при этом принимать во внимание такой более современный параметр как требования эргономики, заключающиеся в обеспечении удобства эксплуатации прибора, то с учетом недостатков прототипа задачей можно считать улучшение эксплуатационных характеристик калибратора.
Задачей является улучшение эксплуатационных характеристик калибратора.
Поставленная задача решается тем, что в портативном калибраторе давления, размещенном в прочном пылезащищенном и влагонепроницаемом кейсе, содержащем встроенный электрический насос, автономный источник питания в виде комплекта аккумуляторов, снабженном грязеуловителем и расположенными на лицевой панели органами функционального управления в виде клемм для электрических подключений, рукояток управления пневматической схемой, в том числе, узла точной регулировки давления, панель индикации, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, встроенный насос выполнен двухступенчатым с двумя цилиндрами разного диаметра и соответствующими поршнями, соединенными общим штоком, содержащим перепускной канал для разгрузки от давления в конце рабочего хода поршня цилиндра II ступени и предотвращения ударов в работе кривошипно-шатунного механизма, и включающим мотор-редуктор, связанный посредством зубчатой передачи с кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим вращательное движение вала мотор-редуктора в возвратно-поступательное движение штока, на котором закреплены поршни двухкамерного цилиндра насоса, снабженного тремя обратными клапанами, предназначенными соответственно для всасывания воздуха из атмосферы, для перепускания предварительно сжатого из цилиндра I ступени в полость цилиндра II ступени и для нагнетания давления в узел точной регулировки давления и в полость штуцера подключения давления, рукоятка узла точной регулировки имеет большой диаметр и установлена на подшипнике качения, грязеуловитель представляет собой встроенный сменный фильтр, вмонтированный в штуцер подключения давления, панель индикации представляет собой дисплей с сенсорной панелью, в качестве встроенного автономного источника питания использован комплект литий-ионных аккумуляторов.
Выполнение встроенного электрического насоса двухступенчатым обеспечивает реализацию безударной работы кривошипно-шатунного механизма ввиду наличия перепускного канала в штоке соединяющим поршни двух цилиндров. Перепускной канал позволяет в конце прямого хода поршня цилиндра II ступени сбросить остаточное давление из камеры цилиндра II ступени в камеру цилиндра I ступени и тем самым исключить резкое отбрасывание поршня цилиндра II ступени при переходе кривошипно-шатунного механизма через мертвую точку, что в итоге исключает удары в работе кривошипно-шатунном механизме. Кроме того, выполнение встроенного насоса двухцилиндровым дает возможность расширить диапазон создаваемых давлений (от минус 90 кПа до плюс 2,5 МПа) и увеличить производительность насоса. Использование только встроенного насоса в качестве источника создаваемого давления позволяет уменьшить вес и габариты прибора. Использование в качестве источника питания литий-ионного аккумулятора позволяет увеличить время непрерывной работы и число циклов создания давления. Выполнение фильтра встроенным делает конструкцию более надежной и удобной. Этому же способствует выполнение дисплея с сенсорной панелью.
Выполнение рукоятки узла точной регулировки большего диаметра и установка ее на подшипнике дает возможность снизить усилие при вращении этой рукоятки, что позволяет более плавно и легко регулировать давление, повышая удобство эксплуатации.
Технический результат - улучшение технических характеристик таких, как диапазон создаваемого давления, производительность насоса, время непрерывной работы, габариты и вес, а также улучшение эргономических характеристик, а именно повышение удобства эксплуатации.
Заявляемый калибратор обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как выполнение встроенного насоса двухступенчатым с двумя цилиндрами разного диаметра и соответствующими поршнями, соединенными общим штоком, содержащим перепускной канал для разгрузки от давления в конце рабочего хода поршня цилиндра II ступени и предотвращения ударов в работе кривошипно-шатунного механизма, и включающим мотор-редуктор, связанный посредством зубчатой передачи с кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим вращательное движение вала мотор-редуктора в возвратно-поступательное движение штока, на котором закреплены поршни двухкамерного цилиндра насоса, снабженного тремя обратными клапанами, предназначенными соответственно для всасывания воздуха из атмосферы, для перепускания предварительно сжатого из цилиндра I ступени в полость цилиндра II ступени и для нагнетания давления в узел точной регулировки и в полость штуцера подключения давления, выполнение рукоятки узла точной регулировки большого диаметра и установка ее на подшипнике качения, выполнение грязеуловителя в виде встроенного сменного фильтра, вмонтированного в штуцер подключения давления, выполнение панели индикации в виде дисплея с сенсорной панелью, использование в качестве встроенного автономного источника питания комплекта литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый портативный калибратор давления может найти применение в качестве метрологического оборудования обеспечения приборов давления для процедуры калибровки и поверки средств измерения давления в различных отраслях промышленности и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется фотографиями и чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид калибратора в кейсе в процессе поверки;
- фиг. 2 - вид лицевой панели портативного калибратора со снятой крышкой;
- фиг. 3 - функциональная схема двухступенчатого встроенного электрического насоса.
Заявляемый портативный калибратор размещен в прочном пылезащищенном и влагонепроницаемом кейсе 1. Он содержит встроенный электрический насос 2, автономный источник питания в виде встроенного аккумулятора (на чертежах не показан) и снабжен грязеуловителем (на чертежах не показан). При этом автономный источник питания представляет собой комплект литий-ионных аккумуляторов, а грязеуловитель представляет собой встроенный сменный фильтр.
На лицевой панели 3 калибратора (фиг. 2) расположены по периметру слева направо следующие органы функционального управления: выходной штуцер 4 для подключения давления к поверяемому датчику, разъем 5 питания, разъем 6 для связи с персональным компьютером (на чертежах не показан), разъем 7 внешнего модуля давления, клеммы 8 для электрических подключений, клавиша 9 «Включение», функциональная клавиша 10 «P» (Давление), рукоятка 11 сброса давления, рукоятка 12 узла точной регулировки (на чертежах не показан), рукоятка 13 узла коммутации «Давление-Разрежение». В центре лицевой панели 3 расположена панель 14 индикатора, представляющая собой дисплей с сенсорной панелью. При этом рукоятка 12 узла точной регулировки имеет большой диаметр и установлена на подшипнике качения (на чертежах не показан). Грязеуловитель вмонтирован в штуцер 4 подключения давления.
Встроенный электрический насос 2 (фиг. 3) выполнен двухступенчатым с двумя цилиндрами 15 и 16 разного диаметра и соответствующими поршнями 17 и 18, соединенными общим штоком 19. Насос 2 содержит перепускной канал 20 в виде отверстия в штоке 19 для разгрузки от давления в конце рабочего хода поршня 17 цилиндра 15 II ступени и предотвращения ударов в работе кривошипно-шатунного механизма 21, и включает в себя также мотор-редуктор 22, связанный посредством зубчатой передачи 23 с кривошипно-шатунным механизмом 21. Кривошипно-шатунный механизм 21 служит для преобразования вращательного движения вала мотор-редуктора 22 в возвратно-поступательное движение штока 19. На штоке 19 закреплены поршни 17 и 18 двухкамерного цилиндра насоса, снабженного тремя обратными клапанами 24-26, предназначенными соответственно для всасывания воздуха из атмосферы, для перепускания предварительно сжатого из цилиндра 161 ступени в полость цилиндра 15 II ступени и для нагнетания давления в узел точной регулировки и в полость штуцера 4 подключения давления.
Портативный калибратор давления (фиг. 1, 2) работает следующим образом.
Пневматическое подключение поверяемого датчика 27 давления к калибратору производится с помощью пневмошланга 28, подключенного к штуцеру 4 подключения давления «P».
Электрическое подключение поверяемого датчика 27 давления производится к клеммам 8 для электрических подключений «24 В» и «IИЗМ».
Устанавливают рукоятку 13 узла коммутации в положение «P» (давление) или «V» (разрежение). Рукоятка 12 узла точной регулировки находится в среднем положении размера хода поршня. В режиме «Поверка» нажимают клавишу 10 «P» и создают давление необходимой поверочной точки поверяемого прибора. На панели 14 индицируется давление, создаваемое калибратором на входе поверяемого датчика 27 давления, и значение токового сигнала на выходе этого датчика 27 давления. Размер панели 14 индикации позволяет представить информацию в более крупном шрифте, чем в прототипе.
Для создания давления предназначен насос 2. Он служит для создания избыточного давления в диапазоне от 0 до плюс 2,5 МПа и разрежения в диапазоне от 0 до минус 0,90 кПа в составе портативного калибратора давления.
Мотор-редуктор 22 создает крутящий момент. Зубчатая передача 23 передает вращательное движение с вала мотор-редуктора 22 на вал кривошипно-шатунного механизма 21. Кривошипно-шатунный механизм 21 преобразует вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение штока 19, на котором закреплены два поршня 17 и 18 цилиндров 15 и 16. Обратный клапан 24 предназначен для всасывания воздуха из атмосферы, обратный клапан 25 служит для перепускания предварительно сжатого воздуха из цилиндра 16 I ступени в полость цилиндра 15 II ступени, обратный клапан 26 служит в качестве нагнетательного для подачи давления в узел точной регулировки, с помощью которого задается требуемое значение давления и в полости штуцера 4 подключения давления.
Отключение насоса 2 осуществляется либо отпусканием клавиши 10 «P», либо повторным ее нажатием в зависимости от настроек калибратора. Для плавной подстройки требуемого давления рекомендуется воспользоваться рукояткой 12 узла точной регулировки, вращая ее, увеличивая или уменьшая давление в приборе, в пределах хода поршня в цилиндре. Для установления термодинамических процессов рекомендуется после создания давления произвести выдержку.
На каждой поверочной точке фиксируют показания давления, поданного на вход поверяемого датчика, и показания тока, воспроизводимого датчиком.
По окончании поверки формируется протокол поверки датчика с расчетом погрешности, и возможностью передачи результатов поверки в ПК по интерфейсу USB.
Особенностью устройства является реализация безударной работы кривошипно-шатунного механизма ввиду наличия перепускного канала 20 в штоке 19. Перепускной канал 20 позволяет в конце прямого хода поршня 17 II ступени сбросить остаточное давление из камеры цилиндра 15 II ступени в камеру цилиндра 16 1 ступени и тем самым исключить резкое отбрасывание поршня 17 II ступени при переходе кривошипно-шатунного механизма 21 через мертвую точку, что в итоге исключает удары в его работе.
В сравнении с прототипом заявляемый портативный калибратор имеет улучшенные эксплуатационные характеристики.