Гидравлический контроллер

Область техники
Настоящая полезная модель относится к устройствам для испытания и калибровки средств измерения давления текучей среды.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны устройства для поверки средств измерения давления (пат. РФ 162922 от 27.06.2016 и 2390741 от 27.05.20100. Но эти известные устройства для поверки средств измерения давления не предусматривают стабилизацию давления в течение поверки.
Стабилизация давления жидкости, используемой для поверки при изменении температуры этой жидкости необходима для повышения точности поверки средств измерения давления, в частности при протяженных трубопроводах, соединяющих задатчик давления и поверяемые средства измерения давления. Использование протяженных трубопроводов характеризуется случайным изменением температуры, находящейся в них жидкости, вдоль трубопровода.
Аналоги гидравлического контроллера, обеспечивающего стабилизацию измеряемого давления, не выявлены.
Описание полезной модели
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной полезной модели, является увеличение точности значения давления, используемого при поверке датчика в течение заданного периода. Для достижения этого технического результата предполагается высокая частота опроса эталонного датчика, контролирующего измеряемое давление, и соответствующая этой частоте скорость реакции привода поршневой группы. Кроме того, для сглаживания перепадов давления введена емкость, замедляющая переходные процессы, связанные с изменением давления рабочей жидкости из-за ее сжатия (нагрева) или расширения (охлаждения) вследствие локальных изменений температуры рабочей жидкости. Учет локальных изменений температуры актуален при значительной длине трубопровода, поверке одновременно нескольких датчиков, находящихся, например, в различных помещениях.
Техническим результатом также является использование одной поршневой группы, как для стабилизации заданного давления, так и для достижения заданного давления, т.е. выполнения функции задатчика давления.
Указанные технические результаты достигаются в гидравлическом контроллере, включающем трубопровод с входным и выходным вентилями, подключаемый к баку с рабочей жидкостью со стороны входного вентиля и поверяемым датчикам давления со стороны выходного вентиля, поршневую группу и эталонный датчик давления, подключенные каждый к трубопроводу между входным и выходным вентилями, привод поршневой группы с шаговым двигателем и блок управления шаговым двигателем в соответствии с данными эталонного датчика давления, опрашиваемого блоком управления с заданной частотой, а трубопровод (с входным и выходным вентилями) выполнен со стороны выходного вентиля с емкостью, сглаживающей перепады давления рабочей жидкости.
Гидравлический контроллер может быть выполнен с возможностью управлять входным и выходным вентилями, при этом блок управления соединен с входным выходным вентилями трубопровода и
Краткое описание чертежей
На фигуре показана схема гидравлического контроллера, соединенного с баком жидкости и проверяемым датчиком давления.
Реализация полезной модели
Показанный на фигуре гидравлический контроллер включает
трубопровод 1 с входным 2 и выходным 3 вентилями и емкостью 4 со стороны выходного вентиля для сглаживания перепадов давления рабочей жидкости,
поршневую группу 5, подключенную к трубопроводу 1 между входным 2 и выходным 3 вентилями,
эталонный датчик 6 давления, подключенный к трубопроводу 1 между входным 2 и выходным 3 вентилями,
привод 7 поршневой группы,
блок 8 управления, соединенный с приводом 7 поршневой группы и управляющий приводом 7 в соответствии с данными эталонного датчика 6 давления, подключенного к блоку 8 управления.
Трубопровод 1 подключен к баку 9 с рабочей жидкостью со стороны входного вентиля 2, поверяемый датчик 10 подключен к емкости 4. Для управления гидравлическим контроллером пользователем предусмотрен интерфейсный блок 11.
Давление в трубопроводе 1 задается с требуемой для поверяемого датчика 10 точностью, при этом необходимо обеспечить соответствующую стабильность заданного давления (ограничить кратковременные отклонения давления от задаваемой величины). Для сглаживания перепадов давления введена емкость 4, которая позволяет замедлить переходные процессы, связанные с изменением давления в связи с локальным изменением температуры рабочей жидкости, ее сжатием при охлаждении и расширением при нагреве.
Для быстрого реагирования на кратковременные изменения давления в качестве привода для поршневой группы 5 используется привод 7 задания давления, включающий шаговый двигатель с редуктором. Использование шагового двигателя позволяет быстро и точно компенсировать изменение давления, т.е. обеспечивает большую скорость реакции на кратковременные изменения давления.
Например, если верхний предел измерения у датчика принять за 100%, допустимую погрешность датчика 0,01%, тогда требуемая стабильность поддержания этого давления 0,005%, а допустимые кратковременные изменения давления от 0,0005% до 0,0025%. Опрос эталонного датчика давления производится с частотой 40 Гц, и каждый раз при кратковременном изменении давления происходит коррекция управляющего сигнала блока 8 управления приводу 7 задания давления. Скорость изменения давления в емкости 4 зависит от текущего давления и объема емкости 4.
В "средне стандартных" условиях, время для коррекции кратковременных изменений давления в зависимости от величины выброса составляет от 0,025 с до 0,1 с.
Бак 9 необходим, если к выходу гидравлического контроллера подключается объем, превышающий внутренний объем поршневой группы 5. Так происходит, когда подключается много поверяемых приборов или очень большая длина соединительной магистрали. Вместе с тем, гидравлический контроллер обеспечивает заполнение подключаемого объема, определяемого внешними магистралями и подключаемыми приборами. Ниже приведен алгоритм работы гидравлического контроллера при заполнении подключаемого объема. Для реализации этого алгоритма в автоматическом режиме блок 8 управления должен быть соединен с входным 2 и выходным 3 вентилями трубопровода, выполненными с возможностью переключения по командам блока 8. Блок 8 выполнен в свою очередь с возможностью управлять входным 2 и выходным 3 вентилями на основании данных эталонного датчика 6 давления и данных о положении поршня в поршневой группе 5. Положение поршня в поршневой группе 5 может определяться либо на основании дополнительных датчиков в поршневой группе или данных по обратной связи с шаговым двигателем.
Работа устройства
1. При включении вентили 2 и 3 открываются, происходит выравнивание давления на входе и выходе устройства. Жидкость из бака 9 самотеком поступает в трубопровод 1, заполняет емкость 4.
2. Предварительное задание давления до заданного минимального давления.
2.1. Вентиль 3 закрывается.
2.2. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5 в крайнее положение, заполняя ее внутренний объем.
2.3. Вентиль 2 закрывается, вентиль 3 открывается.
2.4. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5, создавая давление в объеме для задания давления 4.
2.5. При достижении заданного давления блок 8 управления останавливает привод 7.
3. Задание требуемого давления
3.1. По сигналу от блока 8 управления происходит перемещение привода 7, он приводит в движение поршень поршневой группы 5, изменяя давление в системе. Давление контролируется по датчику давления 6.
4. Повторное заполнение объем в поршневой группе при повышении давления.
4.1. При достижении крайнего положения поршнем поршневой группы 5 (минимальный объем в поршневой группе) в блоке 8 управления фиксируется текущее давление.
4.2. Вентиль 3 закрывается
4.3. Вентиль 2 открывается
4.4. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5 в крайнее положение (максимальный объем в поршневой группе), заполняя ее внутренний объем.
4.5. Вентиль 2 закрывается
4.6. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5, создавая зафиксированное ранее давление в объеме 4.
4.7. Вентиль 3 открывается, происходит выравнивание давления в поршневой группе 5 и объеме для задания давления 4.
5. Снижение давления.
5.1. При достижении крайнего положения поршнем поршневой группы 5 (максимальный объем в поршневой группе) в блоке 8 управления фиксируется текущее давление.
5.2. Вентиль 3 закрывается.
5.3. Вентиль 2 открывается.
5.4. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5 в крайнее положение (минимальный объем в поршневой группе), выбирая внутренний объем.
5.5. Вентиль 2 закрывается.
5.6. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5, увеличивая внутренний объем на фиксированную величину.
5.7. Вентиль 3 открывается, происходит выравнивание давления в поршневой группе 5 и объеме для задания давления.
5.8. Блок 8 управления подает сигнал на привод 7. Привод 7 перемещает поршень поршневой группы 5, создавая зафиксированное ранее давление в объеме для задания давления 4.