Спосіб калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі

Реферат: Спосіб калібрування вимірювального каналу рівня в поліметричній системі включає вимірювання рівня рефлектометричним методом, прийняття відбитого сигналу від неоднорідностей хвильового опору на чутливому елементі, вимірювання часу запізнення відбитого сигналу відносно зондувального, обробку в обчислювачі, показ на індикаторі. Калібрування проводять рідиною у ємності, послідовно змінюючи рівень її заповнення, що контролюють зразковою системою вимірювання відстані (рівня), та температуру електронного блока. Запізнення часу відбитих сигналів від межі поділу середовищ та значення температури електронного блока запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідним значенням відстані до межі поділу середовищ, після чого встановлюють відповідність показань поліметричної системи показанням відстані до межі поділу середовищ, що отримані зразковою системою вимірювання відстані (рівня). UA 87951 U (12) UA 87951 U UA 87951 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаною для калібрування, метрологічної атестації, повірки або градуювання електромагнітних та інших рівнемірів (у тому числі й вимірювальних каналів рівня в поліметричних інформаційновимірювальних систем з мірою довжини). Відомий спосіб градуювання електромагнітного рівнеміра з первинним перетворювачем у вигляді двопровідної лінії передачі коаксіального типу, який, з метою визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу, передбачає введення неоднорідності хвилевого опору до лінії передачі замиканням її провідників електропровідною перемичкою, яку вводять в отвір зовнішнього провідника до стикання із внутрішнім провідником, і визначення показань вимірювального приладу рівнеміра [Авт. свід. СРСР № 565217, G01F23/28, опубл. 30.07.1977]. Відомий спосіб передбачає свердлення отворів в зовнішньому провіднику. Це робить відомий спосіб складним і трудомістким, оскільки необхідно визначати відстань до кожного отвору зразковим вимірювальним засобом; центри отворів мають знаходитися на одній лінії, у противному разі неминучі значні похибки. Крім того, відомий спосіб не пристосований для використання з двопровідними лініями смугового типу, яким віддають перевагу у випадках, коли використання двопровідних ліній коаксіального типу утруднене через особливості рідин, рівні яких вимірюють. Зазначений спосіб також не враховує зміну зовнішньої температури, що призводить до похибок внаслідок того, що отримана внаслідок калібрування/градуювання функція перетворення не враховує вплив зовнішньої температури на показники системи. Відомий спосіб визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу електромагнітного рівнеміра з первинним перетворювачем у вигляді двопровідної лінії передачі, що передбачає введення неоднорідності хвилевого опору до лінії передачі замиканням провідників двопровідної лінії передачі електропровідною перемичкою і визначення показань вимірювального приладу рівнеміра, який відрізняється тим, що неоднорідність хвилевого опору вводять до витягнутої в довжину двопровідної лінії передачі смугового типу, замикаючи провідники двопровідної лінії передачі смугового типу спрямованою перпендикулярно до провідників електропровідною перемичкою, положення якої визначають кінцевою мірою довжини, установленою паралельно двопровідній лінії передачі [Патент України на винахід № 95914, МПК G01F25/00, G01F23/284, опубл. 26.09.2011, пріоритет від 04.02.2008]. Зазначений спосіб передбачає використання спеціальних контакторних пристроїв для створення неоднорідності хвилевого опору на визначених відстанях. Зазначений спосіб також не враховує зміну зовнішньої температури, що призводить до похибок внаслідок того, що отримана внаслідок калібрування/градуювання функція перетворення не враховує вплив зовнішньої температури на показники системи (температурний дрейф електронних компонентів). Відомий також прийнятий як найближчий аналог спосіб калібрування вимірювального каналу рівня в поліметричній системі, за яким здійснюють вимірювання рівня рефлектометричним методом шляхом посилання високочастотного імпульсного зондувального сигналу в чутливий елемент, прийняття відбитого сигналу від неоднорідностей хвильового опору на чутливому елементі, вимірювання часу запізнення відбитого сигналу відносно зондувального, обробку в обчислювачі та показ на індикаторі, який відрізняється тим, що по всій довжині чутливого елемента вимірювального каналу почергово-послідовно штучно створюють неоднорідності хвильового опору шляхом тимчасового закорочення провідників між собою через нормовані відрізки його довжини, а значення часу запізнення відбитих сигналів від створених неоднорідностей на чутливому елементі у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із нумерацією відповідних штрихових показів міри довжини, після чого встановлюють відповідність показів вимірювального каналу рівня речовини показам міри довжини [Патент України на винахід № 79746, МПК G01F23/28 опубл. 25.07.2007, пріоритет від. 12.2003]. Однак, даний спосіб також не враховує вплив зовнішньої температури на результати вимірювань, що призводить до похибок внаслідок того, що отримана функція перетворення не враховує вплив зовнішньої температури на показники системи. Технічна задача корисної моделі полягає в удосконаленні способу калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі рефлектометричним методом, який передбачає посилання високочастотного імпульсного зондувального сигналу в чутливий елемент, прийняття відбитого сигналу від неоднорідностей хвильового опору на чутливому елементі, вимірювання часу запізнення відбитого сигналу відносно зондувального, обробку в обчислювачі та показ на індикаторі, шляхом того, що калібрування проводять рідиною у ємності, послідовно змінюючи рівень її заповнення, що контролюють зразковою системою вимірювання відстані (рівня), та температуру електронного блока, а запізнення часу відбитих сигналів від межі поділу середовищ та значення температури електронного блока у той же час запам'ятовують 1 UA 87951 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідним значенням відстані до межі поділу середовищ, після чого встановлюють відповідність показань поліметричної системи показанням відстані до межі поділу середовищ, що отримані зразковою системою вимірювання відстані (рівня). Усунення людини від участі в розмічальних роботах виключає похибки, пов'язані з людським фактором, що дозволяє зменшити сумарну похибку калібрування. Спосіб калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі базується на використанні аналізу даних, отриманих в результаті багатофакторного калібрування/градуювання. Так, згідно з корисною моделлю змінюють рівень рідини в ємності Li (або відстань від генератора зондуючих імпульсів до межі поділу середовищ повітря-рідина) що з великою точністю контролюється за допомогою зразкової системи (i  12NL ;NL - кількість точок калібрування/градуювання за рівнем) при , температурі електронного блока Tj ( j  12 NTi ;NTi - кількість точок калібрування/градуювання , за температурою для відстані Li ), що регулюється за допомогою температурного регулятора згідно заданих значень. Поліметрична система має в своєму складі вимірювач температури електронного блока, який дозволяє отримувати поточне значення температури електронного блока. Одночасно з вимірюванням температури електронного блока отримують поліметричний сигнал, за яким оцінюють час затримки Zij імпульсу відбитого від межі поділу середовищ відносно зондувального для даного рівня рідини в ємності при заданій температурі. Таким чином у результаті калібрування/градуювання отримують відповідність параметрів: Li , Tj  Zij .   Оцінку рівня середовища в ємкості (відстані до межі поділу середовищ) виконують за допомогою тарувальних таблиць і/або емпіричних розрахункових моделей, [див., наприклад, Жуков Ю.Д. Некоторые алгоритмические методы повышения точности полиметрических измерений [Текст] / Ю.Д. Жуков, А.В. Зивенко, А.Л. Виноградов// Вестник РГРТУ, №1 (выпуск 43), Рязань. - 2013. - С. 113-116.]: L  f Z, T  , де L - оцінка поточного рівня середовища в ємності; Z - поточне значення часової затримки імпульсу, відбитого від межі поділу середовищ, відносно зондувального, що визначається за поліметричним сигналом; T - значення температури електронного блока каналу поліметричної системи. Врахування даних про температуру електронного блока при калібруванні вимірювального каналу рівня дозволяє додатково зменшити похибку визначення рівня внаслідок температурного дрейфу електронного блока поліметричної системи у 5-10 разів. Причому ефект підвищення точності вимірювань буде тим більший, чим більше точок діапазону вимірювання рівня буде досліджено при більшій кількості температур електронного блока. Використання програмного забезпечення для запам'ятовування результатів градуювання вимірювального каналу сприяє автоматизації процесу калібрування і скороченню часу на виконання робіт. Так, у порівнянні з найближчим аналогом точність вимірювання може збільшитись у 5-10 разів, а швидкість виконання робіт - у 3-5 разів (в загальному випадку залежить від швидкості регулювання температури електронного блока та кількості опорних точок по відстані та температурі). На кресленні представлена функціональна схема пристрою для реалізації способу калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі. Пристрій для реалізації способу калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі, хвилевід первинного перетворювача якого може бути виконаний у вигляді двопровідної лінії передачі 1, містить електронний блок поліметричної системи 2, що керується блоком керування 3, у ролі якого може виступати будь-яка ЕОМ. Температура електронного блока 2 поліметричної системи регулюється за допомогою регулятора температури 4, сигнали керування до якого надходять з блока 3. Блок керування процесом калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі 3 отримує точні дані про поточний рівень рідини в ємності 5, що змінюється в ході операції калібрування/градуювання в діапазоні не менше ніж діапазон вимірювання каналу поліметричної системи. Лінії передачі 1 можна використати такі ж, як у пристрої за патентом України на винахід № 95914. У якості регулятора температури електронного блока поліметричної системи може бути використано будь-який пристрій з можливістю регулювання температури у заданому діапазоні, 2 UA 87951 U 5 10 15 20 25 30 наприклад TermoPro 601 ТХК. У якості зразкової системи вимірювання рівня 6 може бути використано систему поліметричну мобільну - робочий еталон з абсолютною похибкою визначення рівня не більше 1 мм, або будь-яку систему з малим значенням абсолютної похибки визначення рівня рідини в ємності (відстані до межі поділу середовищ). Здійснюють спосіб калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі так. В ємкості 5, де знаходиться частково занурений у рідину чутливий елемент поліметричної системи 1, (наприклад, двопровідна лінія передачі), послідовно змінюють рівень рідини так, щоб у ході операцій калібрування/градуювання отримати набір даних про діапазон вимірювання контрольованого вимірювального каналу від Lmin до Lmax (де Lmin,Lmax - відповідно мінімальне та максимальне значення рівня рідини в ємності). Після чергової зміни рівня рідини в ємності до значення ( Lmin  Li  Lmax , i  12NL ;NL кількість точок , Li калібрування/градуювання за рівнем), що контролюється зразковою системою вимірювання рівня 6, блок керування (ЕОМ) 3 виробляє сигнали керування електронним блоком поліметричної системи 2, який випромінює зондувальний імпульс у хвилевід 1. Відбитий від межі поділу середовищ повітря-рідина імпульс надходить до приймача електронного блока поліметричної системи 2. Паралельно завдяки внутрішньому датчику температури електронного блока 2 вимірюється поточне значення температури електронного блока поліметричної системи. За часом затримки відбитого імпульсу визначають відстань до межі поділу середовищ повітря-рідина (рівень рідини в ємкості). Температура електронного блока змінюється та фіксується за допомогою регулятора температури 4 та може регулюватися згідно програми, що міститься у блоці керування 3. Таким чином в результаті операції калібрування/градуювання отримують відповідність часу затримки відбитого імпульсу сукупності параметрів: поточній відстані до межі поділу середовищ та поточній температурі електронного блока, що може бути збережена у блоці 3 для подальшого використання. Використання заявленого способу забезпечує простоту виготовлення обладнання з високою точністю, мобільність (можливість експлуатації стенду як у виробника, так і у користувача систем вимірювання), можливість завдяки секційній конструкції досліджувати вимірювальні канали рівня з діапазоном вимірювання що визначається тільки висотою використаної ємкості та характеристиками зразкової системи вимірювання рівня, високу точність передачі одиниці довжини, простоту монтажу обладнання (тривалість близько 1 години), економію витрат часу та людських ресурсів під час виконання метрологічної атестації (повірки, градуювання) вимірювальних каналів електромагнітних рівнемірів з первинним перетворювачем у вигляді ліній передачі. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Спосіб калібрування вимірювального каналу рівня в поліметричній системі, за яким здійснюють вимірювання рівня рефлектометричним методом шляхом посилання високочастотного імпульсного зондувального сигналу в чутливий елемент, прийняття відбитого сигналу від неоднорідностей хвильового опору на чутливому елементі, вимірювання часу запізнення відбитого сигналу відносно зондувального, обробку в обчислювачі та показ на індикаторі, який відрізняється тим, що калібрування проводять рідиною у ємності, послідовно змінюючи рівень її заповнення, що контролюють зразковою системою вимірювання відстані (рівня), та температуру електронного блока, а запізнення часу відбитих сигналів від межі поділу середовищ та значення температури електронного блока у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідним значенням відстані до межі поділу середовищ, після чого встановлюють відповідність показань поліметричної системи показанням відстані до межі поділу середовищ, що отримані зразковою системою вимірювання відстані (рівня). 3 UA 87951 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4