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 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 показання на індикаторі. По всій довжині чутливого елемента вимірювального каналу почергово штучно створюють неоднорідності хвильового опору за рахунок тимчасового закорочення провідників між собою через відомі відрізки його довжини із застосуванням електромеханічних засобів. Змінюють температуру електронного блока, а значення часу запізнення відбитих сигналів від створених неоднорідностей на чутливому елементі та значення температури електронного блока у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідними показаннями міри довжини, після чого встановлюють відповідність показань вимірювального каналу поліметричної системи показанням міри довжини. UA 87952 U (12) UA 87952 U UA 87952 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використана 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, G01F 23/28, 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 G01F 25/00, G01F 23/284, 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 за 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 показання 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 G01F 23/28 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. В основу корисної моделі поставлено задачу, яка 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 по всій довжині чутливого елемента вимірювального каналу почергово штучно створюють неоднорідності хвильового опору за рахунок тимчасового закорочення провідників між собою через відомі відрізки довжини чутливого елемента із застосуванням електромеханічних засобів, та змінюють температуру електронного блоку, а 1 UA 87952 U 5 10 15 20 значення часу запізнення відбитих сигналів від створених неоднорідностей на чутливому елементі та значення температури електронного блока у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідними показаннями міри довжини, після чого встановлюють відповідність показань вимірювального каналу поліметричної системи показанням міри довжини. Застосування електромеханічних засобів при градуюванні вимірювального каналу рівня в поліметричній системі дозволяє виконувати роботи дистанційно і з мінімальними похибками. 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, штучно створюють неоднорідності хвильового опору лінії шляхом тимчасового закорочення провідників між собою на відомій відстані Li від генератора зондуючих імпульсів , до місця закорочення ( i  12...NL ; NL - кількість точок калібрування/градуювання за рівнем) при T , температурі електронного блоку j ( 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 блоку, який дозволяє отримувати поточне значення температури електронного блока. Одночасно з вимірюванням температури електронного блока отримують поліметричний сигнал, за яким оцінюють час затримки Zij відбитого від штучної неоднорідності імпульсу відносно зондувального для даної відстані 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 (выпуск43), 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; Т - значення температури електронного блоку каналу поліметричної системи. Врахування даних про температуру електронного блока при калібруванні вимірювального каналу рівня дозволяє додатково зменшити похибку визначення рівня внаслідок температурного дрейфу електронного блоку поліметричної системи у 5-10 разів. При цьому ефект підвищення точності вимірювань буде тим більший, чим більше точок діапазону вимірювання рівня буде досліджено при більшій кількості температур електронного блоку. 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 блоку та кількості опорних точок по відстані та температурі). 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. Спосіб характеризується тим, що по всій довжині чутливого елемента вимірювального каналу почергово штучно створюють неоднорідності хвильового опору шляхом тимчасового закорочення провідників між собою через відомі відрізки його довжини із використанням електромеханічних засобів, та змінюють температуру електронного блоку, а значення часу запізнення відбитих сигналів від створених неоднорідностей на чутливому елементі та значення температури електронного блоку у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідними показаннями міри   25 30 35 40 45 50 55 2 UA 87952 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 довжини, після чого встановлюють відповідність показань вимірювального каналу поліметричної системи показанням міри довжини. 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 засіб для задания відстані, виконаний у вигляді принаймні однієї кінцевої міри довжини 2, встановленої на основі (не показано) паралельно хвилеводу первинного перетворювача, виконаного у вигляді двопровідної лінії передачі 1, засоби для фіксації відстані і створення відбитого вимірювального сигналу - контакторні пристрої 3, розташовані на відомій відстані від початку хвилеводу, ця відстань визначається за допомогою кінцевих мір довжини. Контакторні пристрої 3 керуються за допомогою блока керування 4, у ролі якого може виступати будь-яка ЕОМ. Температура електронного блока 5 поліметричної системи регулюється за допомогою регулятора температури 6, сигнали керування до якого надходять з блоку 4. Кінцеві міри довжини 2 мають розташовані на заздалегідь визначеній відстані позначки, що призначені для точного позиціювання контакторних пристроїв 3, причому загальна довжина кінцевих мір довжини не менша ніж довжина хвилеводу вимірювального каналу, що досліджується. Позначки на кінцевій мірі довжини 2 можна використати такі ж, як у пристрої за патентом України на винахід № 95914. В зразку пристрою кінцеві міри довжини 2 являють собою трубки діаметром 14 мм, виконані з нержавіючої сталі 128Н10Т за ДСТ 5632 номінальною довжиною 1500 мм. Кожна міра виготовлена з точністю 1500±0,025 мм. На кожній трубці з кроком 150 мм нанесені мітки у вигляді пазів з точністю ±0,02 мм. Для кожної трубки відстань від одного торця трубки до кожної мітки і довжини трубок визначені за допомогою вимірювальної машини трикоординатної з похибкою виміру ±6 мкм. Трубки розташовуються по дві паралельно на відстані 30 мм одна від одної. Для визначення лінійного розміру використовується одна трубка, яка є своєрідною шкалою з ціною поділки 150 мм (крок пазів); друга трубка використовується як напрямна; з'єднуючи секції, можна одержати довжину шкали, що відповідає діапазону виміру досліджуваного вимірювального каналу системи (наприклад, найбільш використовувані діапазони виміру рівнемірів: 3 м, 6 м, 12 м, 15 м, 18 м, 22 м). Контакторні пристрої 3 можуть бути виконані у вигляді електропровідної перемички, яка замикається за допомогою герконових реле. Двопровідні лінії передачі 1 та кінцеві міри довжини 2 можна використати такі ж, як у пристрої за патентом України на винахід № 95914. Здійснюють спосіб калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі так. За допомогою кінцевих мір довжини 2 вздовж хвилеводу 1 на відомій відстані від початку хвилеводу встановлюються керовані контакторні пристрої 3. Блок керування (ЕОМ) 4 виробляє сигнали керування електронним блоком поліметричної системи 5, який випромінює зондувальний імпульс у хвилевід 1. Відбитий від штучної неоднорідності хвильового опору імпульс надходить до приймача електронного блока поліметричної системи 5. Паралельно завдяки внутрішньому датчику температури електронного блока 5 вимірюється поточне значення температури електронного блока поліметричної системи. За часом затримки відбитого імпульсу визначають відстань до штучної неоднорідності хвильового опору. Під час калібрування вимірювального каналу для створення штучних неоднорідностей здійснюють тимчасове електричне закорочення провідників хвилеводу вздовж хвилеводу за допомогою контакторних пристроїв 3, що керуються з блока керування 4. Температура електронного блока змінюється та фіксується за допомогою регулятора температури 6 та може регулюватися згідно програми, що міститься у блоці керування 4. Таким чином в результаті операції калібрування/градуювання отримують відповідність часу затримки відбитого імпульсу сукупності параметрів: поточній відстані до неоднорідності хвилевого опору та поточній температурі електронного блоку, що може бути збережена у блоці 4 для подальшого використання. Використання заявленого способу забезпечує простоту виготовлення обладнання з високою точністю, мобільність (можливість експлуатації стенда як у виробника, так і у користувача систем вимірювання), можливість завдяки секційній конструкції досліджувати вимірювальні канали рівня з діапазоном вимірювання до 22 м, високу точність передачі одиниці довжини, простоту монтажу обладнання (тривалість близько 1 години), невелику вартість стенда порівняно з державним еталоном, економію витрат часу та людських ресурсів під час виконання 3 UA 87952 U метрологічної атестації (повірки, градуювання) вимірювальних каналів електромагнітних рівнемірів з первинним перетворювачем у вигляді ліній передачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 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 показання на індикаторі, який відрізняється тим, що по всій довжині чутливого елемента вимірювального каналу почергово штучно створюють неоднорідності хвильового опору за рахунок тимчасового закорочення провідників між собою через відомі відрізки його довжини із застосуванням електромеханічних засобів та змінюють температуру електронного блока, а значення часу запізнення відбитих сигналів від створених неоднорідностей на чутливому елементі та значення температури електронного блока у той же час запам'ятовують програмним забезпеченням вимірювального каналу разом із відповідними показаннями міри довжини, після чого встановлюють відповідність показань вимірювального каналу поліметричної системи показанням міри довжини. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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