УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАДАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОНТРОЛИРУЕМОМ ОБЪЕМЕ

Полезная модель относится к метрологическому оборудованию обеспечения приборов давления и может применяться для автоматизации процедуры калибровки и поверки, а также для точного поддержания давления в небольшой емкости в химической, биохимической и других отраслях промышленности.
Известна установка для задания давления в контролируемом объеме, описанная в п. США №5142483.
Известная установка содержит источник газа, связанный через входной пневморегулятор расхода с параллельно соединенными “быстрым” и “медленным” впускными клапанами, выходы впускных клапанов соединяются с рабочей камерой, в которой регулируется давление, и со входами параллельно соединенных “быстрого” и “медленного” выходных клапанов, выходы которых подключаются в выходному пневморегулятору расхода, соединенному с атмосферой или с источником вакуума, в рабочей камере установлен датчик давления, выход входного пневморегулятора расхода соединен со входом выходного через дроссель в обход клапанов и рабочей емкости.
Недостатком является конструктивная сложность установки регулирования, обусловленная сложной конструкцией некоторых входящих в нее элементов (например, пневморегуляторов расхода), также недостатком является постоянный расход газа, необходимый для номинальной работы пневморегуляторов расхода.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности является установка для задания давления в контролируемом объеме, описанная в п. РФ №2319126 по кл. G01L 27/02, G05D 16/00, з. 09.08.2006 г., оп. 10.03.2008 г. и выбранная в качестве прототипа.
Известная установка для задания давления в контролируемом объеме содержит рабочую емкость, снабженную датчиком давления и связанную с контролируемым объемом, схему регулирования, включающую трубопроводную магистраль для прохождения газа, впускные и выпускные клапаны, а также систему управления, и отличается тем, что схема регулирования включает в себя последовательно соединенные входную группу клапанов, предварительную емкость и группу перепускных клапанов, при этом входная группа клапанов состоит из 3-х соединенных звездой клапанов: впускного, соединенного с источником высокого давления, выпускного, соединенного с источником низкого давления или с атмосферой, и отсечного, соединенного с предварительной емкостью, снабженной вторым датчиком давления, группа перепускных клапанов состоит из 2-х соединенных последовательно клапанов, подключенных через трубопроводную магистраль к рабочей и предварительной емкостям, а система управления соединена с датчиками и клапанами.
Конструктивно известная установка для задания давления в контролируемом объеме содержит последовательно соединенные входной вентиль 1, схему 2 регулирования, включающую последовательно соединенные входную группу 3 клапанов, предварительную емкость 4, группу 5 перепускных клапанов и рабочую емкость 6, выходной вентиль 7, а также систему 8 управления. Входная группа 3 клапанов содержит соединенные звездой впускной клапан 9, подключенный к источнику 10 высокого давления, выпускной клапан 11, подключенный к источнику 12 низкого давления или сообщающийся с атмосферой, и отсечной клапан 13, соединенный с предварительной емкостью 4, снабженной датчиком 14 давления. Предварительная емкость 4 соединена через последовательно соединенные перепускные клапаны 15 и 16 с рабочей емкостью 6, снабженной датчиком 17 давления. Рабочая емкость 6 через выходной вентиль 7 соединена с контролируемым объемом 18.
Известная установка включает также трубопроводную магистраль 19 и систему 8 управления, связанную со всеми клапанами и датчиками давления.
В рабочей емкости 6 поддерживается целевое давление, контролируемое прецизионным датчиком 17 давления. Управление давлением в рабочей емкости 6 осуществляется с помощью группы 5 перепускных клапанов, которая состоит из двух клапанов 15 и 16. При этом клапаны 15 и 16 в группе 5 могут открываться одновременно при необходимости больших изменений давления в рабочей емкости 6 или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в рабочей емкости 6 и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При этом минимальное изменение давления в рабочей емкости 6 при определенном перепаде давления на группе 5 ограничивается “мертвым” объемом соединений между клапанами 15 и 16, следовательно, этот объем должен быть минимальным.
Целевое давление в предварительной емкости 4 определяется из необходимого перепада давлений на группе 5 перепускных клапанов, целевого и текущего давления в рабочей емкости 6. Управление давлением в предварительной емкости 4 осуществляется входной группой 3 клапанов, состоящей из впускного 9, выпускного 11 и отсечного 13 клапанов. При этом два клапана (впускной и отсечной или выпускной и отсечной) в этой группе открываются либо одновременно, если необходимы большие изменения давления в предварительной емкости 4, или с перекрытием по времени, если требуется малое изменение давления в предварительной емкости 4 и необходимое эффективное время открытого состояния клапанов меньше, чем фактическое время их срабатывания. При необходимости увеличения давления в предварительной емкости 4 работают впускной и отсечной клапаны 9 и 13, при необходимости уменьшения - выпускной и отсечной клапаны 11 и 13.
Управление клапанами, измерение давления и вычисление необходимых времен открытия клапанов осуществляет система 8 управления.
От источников 10 и 12 входного давления устройство может отсекаться с помощью входного вентиля 1, а от контролируемого объема 18 - выходным вентилем 7.
Недостатком известной установки является следующее.
Наличие в установке одной предварительной (технологической) емкости не позволяет разделить направления напуска и сброса сжатого газа из контролируемого объема, что замедляет скорость задания целевого давления и не в полной мере обеспечивает стабильность его поддержания с минимальными флуктуациями в контролируемом объеме. При этом давление в технологическом объеме необходимо постоянно изменять на этапе удержания целевого давления путем его сброса и напуска, что приводит к избыточному расходу воздуха, что особенно актуально при работе устройства от баллона со сжатым воздухом.
Наличие второго датчика давления, контролирующего давление в технологическом объеме, существенно усложняет технологическую настройку прибора.
Задачей является повышение стабильности поддержания целевого давления в контролируемом объеме при повышении быстродействия его задания и снижении расхода воздуха.
Поставленная задача решается тем, что в установке для задания давления в контролируемом объеме, содержащей источник высокого и источник низкого давления, связанные через группу входных клапанов и технологическую емкость с группой перепускных клапанов, соединенных с датчиком давления, подключенным к системе управления и связанным через отсечной клапан с рабочей емкостью, соединенной через выходной вентиль с контролируемым объемом, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, каждый из указанных источников связан через последовательно соединенные между собой свой входной вентиль, свой входной фильтр, свою группу параллельно соединенных входных клапанов с установленными дросселями со своей технологической емкостью, образуя два параллельных канала регулирования давления, выходы которых через свои группы параллельно соединенных перепускных клапанов с установленными дросселями соединены через отсечной клапан с рабочей емкостью, через фильтр и выходной вентиль с контролируемым объемом, а через сбросовый клапан - с пневматическим глушителем.
Обеспечение для источника высокого и источника низкого давления своих параллельных каналов регулирования давления, каждый из которых содержит свой входной вентиль, свой входной фильтр, свою группу параллельно соединенных входных клапанов с установленными дросселями, свою технологическую емкость, свою группу перепускных клапанов, и выходами связанных с датчиком давления, подключенным к системе управления, и через отсечной клапан с рабочей емкостью и с контролируемым объемом, позволяет разделить направления напуска и сброса сжатого газа из контролируемого объема, что увеличивает скорость задания избыточного давления или разрежения и обеспечивает стабильность поддержания целевого давления, не требуя его сброса и напуска, приводящих к избыточному расходу воздуха.
Технический результат - обеспечение быстродействия системы при изменении значения целевого давления и стабильности поддержания его без перерасхода воздуха.
Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как наличие двух параллельных каналов регулирования давления, каждый из которых содержит свой входной вентиль, свой входной фильтр, свою группу параллельно соединенных входных клапанов с установленными дросселями, свою технологическую емкость, соединение выходов этих каналов через свои группы параллельно соединенных перепускных клапанов с установленными дросселями через отсечной клапан непосредственно с рабочей емкостью и через фильтр и выходной вентиль с контролируемым объемом, а через сбросовый клапан - с пневматическим глушителем, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая установка для задания давления в контролируемом объеме может найти широкое применение в области метрологии для приборов давления и может применяться для автоматизации процедуры калибровки и поверки, а также для точного поддержания давления в небольшой емкости в химической, биохимической и других отраслях промышленности, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена функциональная схема установки.
Установка для задания давления в контролируемом объеме содержит источник 1 высокого и источник 2 низкого давления. При этом каждый из источников 1 и 2 связан через последовательно соединенные между собой соответственно свой входной вентиль 3 и 4, свой входной фильтр 5 и 6, свою группу параллельно соединенных входных клапанов 7, 8 и 9, 10 с установленными дросселями 11 и 12 со своей технологической емкостью 13 и 14, образуя два параллельных канала регулирования давления. Выходы этих каналов через свои группы параллельно соединенных перепускных клапанов 15, 16 и 17, 18 с установленными дросселями 19 и 20 соединены с датчиком 21 давления и через отсечной клапан 22 непосредственно с рабочей емкостью 23. Рабочая емкость 23 через фильтр 24 и выходной вентиль 25 соединена с контролируемым объемом 26. Выход каналов через датчик 21 давления связан с системой 27 управления, а через сбросовый клапан 28 с пневматическим глушителем 29. Устройство, начиная с входных фильтров 5, 6 до выходного фильтра 24, глушителя 29 и кроме системы 27 управления, образует блок 30 регулирования. Движение воздуха в установке осуществляется по трубопроводной магистрали 31.
В качестве источника 1 высокого давления может использоваться компрессор или пневмосеть, а в качестве источника 2 низкого давления - вакуумный насос. В качестве входных и перепускных клапанов могут быть использованы электромагнитные клапаны.
Заявляемая установка работает следующим образом.
Избыточное давление от источника 1 высокого давления (пневмосеть или компрессор) через входной вентиль 3 и входной фильтр 5 поступает на вход установки. Вакуум от источника 2 (например, вакуумный насос) через входной вентиль 4 и входной фильтр 6 поступает на другой вход установки. Воспроизводимое с помощью схемы 30 регулирования давление подается через фильтр 24 и выходной вентиль 25 на вход контролируемого объема 26.
Задание давления в контролируемом объеме происходит в два этапа.
Сначала с помощью блока 30 регулирования и трубопроводной магистрали 31 задается «грубо» целевое давление в случае задания избыточного давления как в рабочей емкости 23 и контролируемом объеме 26, так и в двух технологических емкостях 13 и 14, несколько ниже целевого, для чего соединяются все емкости между собой путем открытия клапанов 15, 18, 22, и производится напуск давления в технологические емкости 13, 14, рабочую емкость 23 и контролируемый объем 26 кратковременным открытием клапанов 7 и 8 на время, рассчитанное системой 27 управления с измерением значения давления в емкостях датчиком 21 давления. Затем, закрываются клапаны 15, 18, и тем самым отсекается пневматическая связь между технологическими емкостями 13 и 14 и контролируемым объемом 26, увеличивается значение давления чуть выше целевого в технологической емкости 13 открытием входного клапана 7 или 8, и чуть снижается давление в технологической емкости 14 открытием входного клапана 9 или 10. При этом количество сжатого газа, которое необходимо ввести в технологическую емкость 13 и, соответственно, удалить его из технологической емкости 14, производится с помощью системы 27 управления на основе данных, полученных при предварительном заполнении всех емкостей 13, 14, 23 и объема 26 от датчика 21 давления путем вычисления необходимого времени открытия клапанов.
Для поддержания избыточного давления в рабочей емкости 23 и контролируемом объеме 26 вблизи целевого давления с минимально допустимой флуктуацией системой 27 управления по контролируемому датчиком 21 значению давления постоянно рассчитывается количество газа, которое необходимо ввести в рабочую камеру из технологической емкости 13 или наоборот удалить в технологическую емкость 14 путем кратковременного включения перепускного клапана 16 или перепускного клапана 17 при постоянно открытом отсечном клапане 22.
В случае задания необходимого значения разрежения «грубо» целевое разрежение как в контролируемом объеме 26, так и рабочей емкости 23 и двух технологических емкостях 13 и 14 несколько выше целевого осуществляется путем открывания клапанов 15, 18 и 22 и создания в технологических емкостях 13, 14, рабочей емкости 23 и контролируемом объеме 26 разрежения путем кратковременного открытия клапанов 9 или 10 на время, рассчитанное системой 27 управления, и с измерением значения разрежения в емкостях датчиком 21 давления. Затем закрываются клапаны 15, 18 и, тем самым отсекается пневматическая связь между технологическими емкостями 13 и 14 и рабочей емкостью 23 и контролируемым объемом 26. При этом количество сжатого газа, которое необходимо ввести в технологическую емкость 13 и, соответственно, удалить его из технологической емкости 14, определяется с помощью системы 27 управления на основе данных, полученных при предварительном заполнении емкостей 13, 14, 23 и контролируемого объема 26 от датчика 21 давления путем вычисления необходимого времени открывания клапанов.
Режим поддержания разрежения в рабочей емкости 23 и контролируемом объеме 26 вблизи давления уставки с минимально допустимой флуктуацией аналогичен работе в режиме задания избыточного давления.
При выравнивании давлений в емкостях 13, 14, 23 и контролируемом объеме 26 (в процессе поддержания целевого давления) система 27 управления блоком 30 регулирования производит контролируемый датчиком 21 давления напуск сжатого газа в технологическую емкость 13 входным клапаном 7 или 8 при открытом клапане 15 и закрытых клапанах 17, 18, 22, а затем сброс сжатого газа из технологической емкости 14 входным клапаном 9 или 10 при открытом клапане 18 и закрытых клапанах 15, 16, 22, обеспечивая тем самым необходимый перепад давлений между технологическими емкостями 13, 14 и рабочей емкостью 23.
Для установки атмосферного давления в рабочей емкости 23 и контролируемом объеме 26, а также в технологических емкостях 13, 14 открываются перепускные клапаны 15, 18, отсечной клапан 22 и сбросовый клапан 28, обеспечивая сброс давления через пневматический глушитель 29.
В сравнении с прототипом заявляемая установка обеспечивает повышение стабильности поддержания целевого давления в контролируемом объеме при повышении быстродействия его задания и снижении расхода воздуха.