СПОСОБ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ГРАДУИРОВКИ ШКАЛ МАНОМЕТРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF INDIVIDUAL CALIBRATION OF SCALES OF PRESSURE GAUGES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к приборостроению, а именно к производству стрелочных приборов, и применяется для индивидуальной градуировки шкал манометров.
Известно [1], что индивидуальную градуировку шкал осуществляют в тех случаях, когда статическая характеристика прибора нелинейна или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствие разброса нелинейности характеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений. В этом случае индивидуальную градуировку проводят в следующем порядке. На предварительно отрегулированном приборе устанавливают циферблат с еще не нанесенными отметками. К измерительному прибору подводят последовательно измеряемые величины нескольких наперед заданных или выбранных значений. На циферблате наносят отметки, соответствующие положению указателя при этих значениях измеряемой величины, а расстояния между отметками делят на равные части.
При индивидуальной градуировке систематическая погрешность уменьшается во всем диапазоне измерения, а в точках, полученных при градуировке, она достигает значения, равного погрешности обратного хода.
Известна установка для градуировки шкалы стрелочных манометров [2], которая содержит компьютер, установку для создания давления, датчик давления, сканирующий узел и печатающее устройство. Градуировка манометра производится в состоянии, когда его штатная стрелка установлена, так как именно ее положение определяется сканированием. В процессе градуировки информация, получаемая от сканирующего устройства и от датчика давления, обрабатывается компьютером и создается виртуальная модель шкалы циферблата. Шкала прибора в таком случае может создаваться, когда циферблат установлен на самом приборе, при этом в качестве циферблата может служить задняя стенка корпуса. В другом варианте функционирования установки при изготовлении шкалы циферблат может находиться и отдельно от прибора, а после создания шкалы может быть на нее смонтирован. Достоинством известной установки является то, что градуировка шкалы стрелочного манометра производится непосредственно по положению приборной стрелки. Однако это преимущество установки до конца не раскрыто. Кроме этого, форма стрелки, ее размеры, цвет и другие определяющие параметры могут существенно отличаться в различных моделях приборов, причем и внутри размерного ряда одной модели. Это существенно влияет на точность градуировки различных приборов, когда она производится при помощи одной универсальной стрелки. Другими недостатками установки являются:
- неполная автоматизация процесса градуировки шкал манометров;
- устранение влияния только нелинейности показаний, следовательно, влияние гистерезиса не рассматривается;
- допускается несколько циклов повышения и понижения давления, что увеличивает время процесса градуировки и трудоемкость;
- выполняется сканирование показаний только одного прибора на одной установке, что не дает возможности повышения производительности труда и снижения стоимости прибора;
- использование на установке нескольких датчиков давления, находящихся в зоне циклического создания давления, что говорит о снижении уровня соответствия значения давления на датчике и значения давления на приборе;
- при ручном задании давления в рабочей полости чувствительного элемента связь между ним и программируемым устройством управления отсутствует.
В качестве прототипа выбрана установка для градуировки шкалы стрелочных манометров [3]. Установка имеет в своем составе программируемое устройство управления (ПУУ), устройство 2 для создания давления в рабочей полости чувствительного элемента, например задатчик давления. В случае использования устройства 2 с ручным управлением, связь между ним и программируемым устройством управления (ПУУ) отсутствует, в противном случае ПУУ соединено с устройством 2. Установка также снабжена датчиком давления 3, соединенным с ПУУ и с устройством 2 для создания давления, а также содержит печатающее устройство 4, соединенное с ПУУ и способное печатать шкалу прибора как непосредственно на циферблат прибора, так и на другой приемлемый объект. Кроме этого установка имеет в своем составе носитель метки (меток), который вместо штатной приборной стрелки закрепляется на оси манометра на время градуировки, а также имеет устройство 7, способное регистрировать положение метки при повороте оси манометра и соединенное с ПУУ.
У выбранного прототипа имеются аналогичные недостатки, что и у известной установки для градуировки шкалы стрелочных манометров [2]. Кроме этого у прототипа есть и другой существенный недостаток, а именно:
- для снятия показаний используется универсальный диск. Такой способ осложняет изготовление приборных стрелок, а в случае несоответствия балансировок приводит к снижению класса точности прибора.
Целью предлагаемого технического решения является усовершенствование способа и устройства для индивидуальной градуировки шкал манометров, повышение производительности и точности приборов
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для индивидуальной градуировки шкал манометров специальным устройством подают с определенной скоростью давление в полость упругого чувствительного элемента (далее трубки Бурдона) от нуля до номинального значения и снижение обратно до нуля, причем для этого достаточно одного цикла. Считывающее устройство имеет связь с манометрами по оптическому принципу и в реальном времени определяет положение стрелок манометров и в виде цифрового сигнала передает на компьютер с управляющей программой. Действительное значение давления, подаваемое на приборы, во времени определяется с помощью цифрового измерителя, связанного с компьютерной управляющей программой. Управляющая программа обрабатывает полученную информацию, моделирует шкалы приборов и передает полученные данные на печатное устройство. Кроме этого по сравнению с [2, 3], в которых используется универсальная стрелка либо универсальный диск, в предлагаемом техническом решении используется индивидуальная стрелка. В предлагаемом техническом решении снято требование к статической балансировке стрелок. (Ее характеристики учитываются при снятии показаний).
Другим преимуществом предлагаемого технического решения является то, что в устройстве для индивидуальной градуировки шкал может быть установлен как один прибор, так и целая группа стрелочных приборов, что повышает производительность.
Отличительной особенностью является еще и то, что все приборы устанавливаются на общем коллекторе на одном уровне и на одной высоте с цифровым измерителем давления, что исключает дополнительную погрешность показаний приборов из-за разности уровней используемой в установке среды (вода, воздух, масла и др.).
Следует отметить и другое. По сравнению с прототипом в предлагаемом техническом решении учитывается влияние гистерезиса путем усреднения показания положения стрелки, при прямом и обратном ходе выбирается усредненное значение, тем самым влияние гистерезиса на погрешность уменьшается вдвое.
Следующим отличительным преимуществом предлагаемого технического решения является то, что из-за нахождения цифрового измерителя на коллекторе, а не в зоне задания давления не теряется связь между управляющей программой сканирующего устройства и цифрового измерителя вне зависимости от способа задачи давления. В этом случае точность измерения, время сигнального отсчета и производительность не изменяются.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить его соответствие критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ индивидуальной градуировки шкал манометров, которое содержит группу градуируемых приборов 1 (один, два и более градируемых приборов) с основной действующей частью стрелочного манометра с манометрической пружиной Бурдона, установленных на одном коллекторе 2а или двух параллельно расположенных коллекторах, соответственно, 2а и 2б, соединенных между собой при помощи трубопроводов, соответственно, 3а и 3б, к средней точке которых подсоединено специальное устройство 4, причем трубопроводы содержат запорную арматуру, соответственно, 5а и 5б, путем закрытия или открытия которой осуществляется работа устройства на одном или двух коллекторах, что расширяет функциональные возможности устройства. Цифровые измерители, соответственно, 6а и 6б, установлены на коллекторах 2а и 2б на одном уровне с градуируемыми приборами 1, что исключает погрешность показаний приборов 1, так как задаваемое давление и давление градуируемых приборов 1 уравновешено в момент времени, кроме этого цифровые измерители 6а и 6б соединены с компьютером 7, который в свою очередь связан со считывающим устройством 8 и печатным устройством 9.
Осуществление способа индивидуальной градуировки шкал манометров реализуется при помощи вышеуказанного устройства, которое функционирует следующим образом. В предлагаемом устройстве для индивидуальной градуировки шкал манометров 1 специальным устройством 4 подают давление с определенной скоростью в полость упругого чувствительного элемента - трубки Бурдона - от нуля до номинального значения, причем для этого достаточно одного цикла. Считывающее устройство 8 имеет связь с манометрами 1 по оптическому принципу, что условно не отображено на фиг.1, и в реальном времени определяет положение стрелок манометров 1 и в виде цифрового сигнала передает на компьютер 7 с управляющей программой. Используя полученную информацию, а также данные, заложенные в программе компьютера 7, создает виртуальную модель шкалы циферблата и передает ее на печатное устройство. Кроме того, изготовление шкалы манометра с помощью печатающего устройства 9 осуществляют в режиме нанесения на носитель информации краски для изображения градуировок, и/или знаков, и/или отметок или другим способом (например, лазерным лучом), а также покрытия зон вне контуров градуировок, знаков, символов или отметок и, кроме того, в качестве носителя информации используют заготовку циферблата манометра.
В устройстве для индивидуальной градуировки шкал может быть установлен как один прибор 1, так и группа стрелочных приборов 1, что повышает производительность, причем все приборы 1 устанавливаются на одном уровне и на одной высоте с цифровыми измерителями давления, соответственно, 6а и 6б, что исключает дополнительную погрешность показаний приборов 1, кроме того, из-за нахождения цифровых измерителей 6а и 6б на коллекторах, соответственно, 2а и 2б, а не в зоне задания давления не теряется связь между управляющей программой сканирующего устройства и цифровых измерителей 6а и 6б, и в этом случае точность измерения, время сигнального отсчета и производительность не изменяются. В устройстве для индивидуальной градуировки шкал учитывается влияние гистерезиса путем усреднения показания положения стрелки, то есть при прямом и обратном ходе выбирается усредненное значение, тем самым влияние гистерезиса на погрешность уменьшается вдвое.
Таким образом, предлагаемый новый способ индивидуальной градуировки шкал манометров и устройство для его осуществления позволило решить трудную техническую задачу по усовершенствованию способа и устройства, повысить производительность и точность приборов.
Источники информации
1. http://shifrinb.narod.ru/Teacher/Metrolog/7 4.htm.
2. Патент №2273834.
3. Полезная модель №76124.