УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ПРИБОРОВ ДАВЛЕНИЯ

Устройство для калибровки приборов давления
Полезная модель относится к средствам испытания и калибровки устройств для измерения давления текучей среды и может быть использована в метрологии.
Известно устройство для калибровки пьезоэлектрических датчиков давления, описанное в А. С. СССР N 1696924 Устройство для контроля пьезоэлектрических датчиков давления по кл. G01L27/00, 3. 17. 05. 89, оп. 07. 12. 91г.
Известное устройство,содержит источник сигнала давления, подключенный через преобразователь сигнала к образцовому и контролируемому датчикам давления, установленным по одной из диагоналей параллелограмма, образованного двумя упругими элементами корпуса, и соединенных выходами через усилители сигнала с регистрирующими приборами, при этом источник давления представляет собой генератор, а преобразователь сигнала последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь и электромеханический генератор колебаний, состоящий из двух других упругих элементов в форме параллелограммов, развернутых друг относительно друга на угол 90 градусов вокруг вертикальной
оси симметрии устройства и связанных в своих вершинах, и стержневого резонатора, снабженного возбудителем и адаптером и размещенного в одной из диагоналей одного из параллелограммов, и жестко укрепленного по другой диагонали параллелограмма из упругих элементов корпуса.
Недостатком известного устройства является неудовлетворительная точность калибровки, т.к. здесь нет средств компенсации ухода давления эталонного датчика по температуре и средств хранения информации по эталонным датчикам различных диалазонов.
Известно устройство для калибровки приборов давления, описанное в статье А. М. Кипниса Автоматические поверочные установки для датчиков давления в журнале Законодательная и прикладная метрология 1992г. N2 стр 53-55.
Известное устройство содержит образцовый генератор давления с блоком питания и измерительным преобразователем давления, автоматические задатчики давления микропроцессорного типа на три предела, компьютерно-измерительную систему, включающую электронный измерительный блок для измерения выходных электрических сигналов датчиков и связанную с ним через интерфейс персональную электронно-вычислительную машину с устройством индикации в виде дисплея или печатающего, устройства.
Известное устройство используется для поверки датчиков давления и поэтому имеет сложную систему эталонных задатчиков давления, что является излишним для осуществления калибровки датчиков. Кроме того, устройство является стационарным и неудобно для использования в рабочих условиях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для калибровки приборов давления, описанное в 3. РСТ N93/24818 Способ коррекции датчика давления по кл. G01L27/00, 19/02, 9/06, 19/04 з. 07. Ь5. 93, оп. 09. 12. 93 и выбранное в качестве прототипа.
Известное устройство содержит эталонный датчик давления в виде неизменного полного сопротивления, значение которого не зависит от внешних условий, источник давления, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и устройство индикации в виде считывающего устройства, клеммы для подключения поверяемого датчика давления из двух чувствительных соответственно к температуре и давлению элементов.
поочерёдно подключаемых с помощью переключателя к эталонному датчику давления, при этом эталонный и поверяемый датчики связаны через переключатель и схему обратной связи со вторым входом микропроцессора.
Недостатком известного устройства является то, что он недостаточно удобен в эксплуатации, т. к. является стационарным, а отсутствие в нём пульта управления, устройств памяти эталонных и измеренных значений давления при использовании эталонного датчика давления с фиксированным диапазоном, не позволяет . измен-ять диапазоны измеряемых давлений.
Целью заявляемого технического решения является повыиение
удобства эксплуатации при обеспечении заданной точности калибровки.- fПоставленная цель достигается тем, что в устройстве для калибровки приборов давления, содержащем источник давления, эталонный датчик давления, соединенный с переключателем, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и устройство индикации, вход для подключения калибруемого датчика, согласно полезной модели, в него введены блок памяти характеристик эталонов, блок памяти результатов измерений и клавишный пульт управления, выходы которых соединенысоответственно со вторым, третьим и четвертым входами микропроцессора, усилитель, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход со входом аналого-цифрового преобразователя, модуль защиты цепей, вход которого является входом для подключения калибруемого датчика, а выход соединен с вторым входом перключателя, третий вход которого подключен ко второму выходу микропроцессора, третьим выходом соединенного со входом блока памяти результатов измерений, а четвертым - со вторым входом усилителя, выход источника давления соединен со входами эталонного и калибруемого датчиков, причем эталонный датчик выполнен сменным, а источник давления - автономным.
J При этом источник давления выполнен в виде ручного насоса.
Введение в устройство для калибровки приборов давления блоков памяти характеристик эталонов и памяти результатов измерений позволяет с помощью клавишного пульта управления задать в микропроцессор нужные пределы эталонных измеряемых диапазонов давления и извлечь из него при необходимости результаты измерений, что в совокупности с подключением эталонного датчика и калибруемого через переключатель поочередно к усилителю, а через него к АЦП и микропроцессору, обеспечивающим
непосредственную обработку эталонного и измеряемого давлений без предварительного их сравнения дает возможность калибровки датчика любого диапазона давлений с достаточной точностью и воспроизведения при необходимости результатов измерений, а с помощью автономного источника давления - .сделать это прямо на трубопроводе без демонтажа датчика, превращая устройство для калибровки приборов давления в портативный переносной прибор, что очень удобно в эксплуатации.
Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких узлов как блоки
. .1 J  -   у ..
памяти характеристик эталонов и результатов измерений, клавишный пульт управления, подключением эталонного и калибруемого датчиков соответственно непосредственно и через модуль защиты цепей к переключателю, управляемому от микропроцессора, и выполнением эталонного датчика - сменным, а источника давления - автономным, обеспечивающим в совокупности заданный результат.
Заявляемое устройство для калибровки приборов давления может широко использоваться в метрологии, поэтому соответствует критерию промышленная применимость.
4
Заявляемое устройство для калибровки приборов давления содержит последовательно соединенные автономный источник 1 давления , сменный эталонный датчик 2 давления, переключатель 3, усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, микропроцессор 6 и устройство 7 индикации, а также модуль 8 защиты цепей , выходом подключенный ко второму входу переключателя 3, третий вход которого соединен со вторым выходом микропроцессора 6, ко второму-четвертому входам которого подключены соответственно выходы блока 9 памяти хар51ктеристик эталонов, блока 10 памяти результатов измерений и клавишного пульта управления 11. Вход блока 10 цамяти результатов
измерений соединен с третьим выходом микропроцессора 6, четвертый выход которого подключен ко второму входу усилителя 4. Ко входу модуля 8 защиты цепей подключен калибруемый датчик 12, вход которого соединен с выходом источника давления 1.
Назначение и выполнение узлов и элементов устройства следующие: источник давления 1 создаёт давление на эталонном и калибруемом датчиках и представляет собой портативный ручной насос.. . /
Эталонный датчик 2 давления предназначен для получения эталонного результата измерения давления и представляет собой, например, датчик КРУ85AG фирмы Siemens (см. каталог фирмы Siemens).
Переключатель 3 служит для поочередной передачи сигналов с микропроцессора 8, в цепочку усилитель-АЦП-микропроцессор с эталонного или калибруемого датчиков давления. Он является аналоговым и выполнен на электронном ключе.
Усилитель 4 предназначен для усиления передаваемых с переключателя 3 на АЦП 5 сигналов эталонного датчика 2 и калибруемого датчика 12. Он выполнен, в частности, на микросхеме АД7714 (см. Users Manual Analog Devices Jnc. USA, 1994).
i,.
АЦП 5 служит для преобразования аналоговых сигналов с выхода усилителя 4 в шестнадцатиразрядный цифровой код. Он выполнен на упомянутой выше микросхеме АД 7714.
Микропроцессор 6 выполняет функции корректировки эталонного сигнала по температуре и линеаризации его по калибровочным данным, измерения сигнала калибруемого датчика и выполнен на микросхеме Р1С16с84 (см. Р1С16с84 Microcontroller Datas Book  Edition Microchip Inc. , USA)
Устройство 7 индикации служит для индикации результатов измерений в виде эталонного давления (в кПа или атм. ) и сигнала калибруемого датчика в виде TqKa (мА) или напряжения (В). Оно представляет собой двустрочный жидкокристаллический индикатор, выполненный в частности, на микросхеме РС1602-0 (см. LCD Products; Powerchip Inc. , USA, 1996г. ).
Модуль 8 защиты цепей предназначен для защиты элементов
устройства от перегрузок по току и напряжению, а -также от неправильного по полярности подключения датчика и представляет собой пороговое устройство, выполненное по типовой схеме на полевом транзисторе.
Блок 9 памяти характеристик эталонов предназначен для запоминания и хранения параметров эталонных датчиков.
Он выполнен на микросхеме 24LCO1В ( см. Non Volateble Memory Products 1998, Microchips Inc, USA ) и является энергонезависимым.
Блок 10 памяти результатов измерений предназначен для записи и хранения результатов измерений параметров калибруемых датчиков и выполнен энергонезависимым на микросхеме Р1С18с84 (см. Р1С16 17 Microcontroller Data Book  Edition Microchip Inc, USA).
Клавишный пульт 11 управления служит для изменения единиц давления, изменения диапазонов измерения электрических сигналов, задания режимов фиксации результатов измерений на индикаторе, записи результатов измерений в энергонезависимый архив блока 10 памяти, сканирования по архиву блока 10 памяти, полной или частичной очистки архива, калибровки нуля эталонного датчика 2 и т. д. Он представляет собой пленочную клавиатуру 4x3.
Устройство работает следующим образом. Оператор берет с собой портативное устройство для калибровки прибаров давления с ручным насосом и выезжает к месту калибровки - трубопроводу с
установленным на нем калибруемым датчиком давления. Оператор подключает калибруемый датчик 12 к-входу модуля 8 защиты цепей и устанавливает один из  эталонных датчиков 2, затем с помощью задатчика давления 1 - ручного насоса - подает давление на эталонный и калибруемый датчики давления 2 и 12.
Выходные сигналы эталонного датчика 2, представлящие собой два сигнала уровня О - 50мв с его пьезорезистивного измерительного моста и с встроенного в него термосопротивления, подаются на аналоговый переключатель 3.
Тсгк:бвнй игнал с выхода калибруемого датчн-ка 12 поступает   на модуль 8 защиты цепей, где происходит его ограничение до уровня 25 - 30 мА, и далее подается также на переключатель 3.
С выхода аналогового переключателя 3 по сигналу с микропроцессора 6 сигналы с эталонного и калибруемого датчиков 2 к 12 поочередно подаются на усилитель 4, где усиливаются, и затем поступают на аналогово-цифровой преобразователь 5.
э. в и эталонного датчика 2 по полиномиальной формуле, калибровочные коэффициенты которой являются индивидуальными для каждого типа сменного эталонного датчика 2 и поступают в микропроцессор 6 из блока 9 памяти характеристик эталонов, где они заранее записаны и хранятся. В блоке памяти 9 может храниться информация о 8 типах эталонных датчиков различных диапазонов давлений, комплектуемых к данному устройству. Тип датчика 2 распознается автоматически при включении калибратора. Выходной сигнал калибруемого датчика 12 в виде шестнадцатиразрядного кода с выхода АЦП 5 также поступает в свою очередь на микропроцессор 6, где происходит его измерение и последующая передача измеренного значения в блок 10 памяти результатов измерений для записи и хранения в нем. Одновременно в блоке 10 памяти результатов измерений записывается соответствующее измеренному значению выходного электрического сигнала калибруемого датчика 12 давления значение эталонного давления. Результаты обработки сигналов эталонного датчика 2 и измерения сигнала калибруемого датчика 12 выводятся с микропроцессора 6 на устройство 7 индикации, где индицируются виде 2х строк показаний: эталонного давления в мПа или bar выходного сигнала калибруемого датчика 12 в шА или V. Устройство запитывается либо от встроенного аккумулятора 9 вольт, либо от присоединенного блока питания ( на чертеже не показаны). По итогам измерения оператор определяет погрещность калибруемого датчика и делает заключение о его соответствии или несоответствии заявляемому классу точности и о том, что с ним делать - настраивать на месте или ремонтировать.
эксплуатации, т. к. оно является портативным и позволяет сi
высокой точностью производить калибровку датчиков давления; непосредственно на трубопроводе без демонтажа датчика,
подбирая для этой цели необходимый эталонный датчик давления |
нужного диапазона давлений и используя как автономный источник j
давления ручной насос.
Авторы://и1 1/-(У1Мартынов А. С.
Вдовин В. Д.
L. . Жест ков А. В. №  Жестков В. В.