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

Реферат: Пристрій для калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі містить засіб для задання відстані і засіб для фіксації відстані та створення відбитого вимірювального сигналу. Засіб для задання відстані виконаний наприклад у вигляді хоча б однієї кінцевої міри довжини, встановленої паралельно хвилеводу первинного перетворювача у вигляді двопровідної лінії передачі. Додатково введено блок керування процесом визначення метрологічних характеристик, що може бути запрограмований, та виконує керування регулятором температури, що змінює температуру електронного блока поліметричної системи засобами для створення відбитих імпульсів, що знаходяться на різних відомих відстанях від генератора зондувальних імпульсів поліметричної системи. UA 87954 U (12) UA 87954 U UA 87954 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). Відомою є поліметрична система вимірювання рівня [патент України на винахід № 6455, MПK6G01F23/24, пріоритет від 08.07.1991], яка містить чутливий елемент, виконаний із двох ізольованих між собою провідників, приєднаних до виходу генератора зондувальних імпульсів і входу імпульсного приймача, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, вихід якого через аналого-цифровий перетворювач (АЦП) приєднаний до входу обчислювального блока, що виходом приєднаний до входу індикатора. Ця система є удосконаленим пристроєм останнього покоління поліметричних систем вимірювання рівня. Однак і в ньому вимірювальний канал калібрують за допомогою вимірювальної лінійки візуально, тобто засоби для калібрування вимірювального каналу на ступінь нижчі за засоби вимірювання рівня. Така різниця у засобах вимірювання та засобах калібрування вимірювальної системи призводить до невідповідності щодо вимог та реалізації вимірювань. Така невідповідність викликає похибки вимірювань, які можуть досягати (2-4)%. Відомий пристрій для реалізації способу калібрування вимірювального каналу рівня в поліметричній системі [Патент України на винахід № 79746, МПК G01F 23/28 опубл. 25.07.2007, пріоритет від.12.2003], який містить чутливий елемент, виконаний із двох ізольованих між собою провідників, приєднаних до виходу генератора зондувальних імпульсів і входу імпульсного приймача, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, до якого послідовно приєднані аналогоцифровий перетворювач, обчислювальний блок та індикатор, який відрізняється тим, що додатково введено компаратор відповідності показань вимірювального каналу рівня і міри довжини. Однак, даний пристрій не призначений для калібрування в широкому діапазоні температур електронного блока. Відомий прийнятий за прототип стенд для визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу електромагнітного рівнеміра [Патент України на винахід № 95914, МПК G01F 25/00, G01F 23/284, опубл. 26.09.2011, пріоритет від 04.02.2008], що містить засіб для задання відстані і засіб для фіксації відстані і створення відбитого вимірювального сигналу, який характеризується тим, що засіб для задання відстані виконаний у вигляді хоча б однієї кінцевої міри довжини, установленої паралельно хвилеводу первинного перетворювача у вигляді двопровідної лінії передачі смугового типу, а засіб для фіксації відстані і створення відбитого вимірювального сигналу виконано у вигляді електропровідної перемички, що має можливість контакту з провідниками хвилеводу і має засоби для фіксації відносно кінцевої міри довжини. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для реалізації способу калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі, що містить засіб для задання відстані і засіб для фіксації відстані і створення відбитого вимірювального сигналу, засіб для задання відстані виконаний наприклад у вигляді хоча б однієї кінцевої міри довжини, установленої паралельно хвилеводу первинного перетворювача у вигляді двопровідної лінії передачі, шляхом того, що додатково введено блок керування процесом визначення метрологічних характеристик, що може бути запрограмований, та виконує керування регулятором температури, що змінює температуру електронного блока поліметричної системи, а також засобами для створення відбитих імпульсів, що знаходяться на різних відомих відстанях від генератора зондувальних імпульсів поліметричної системи. Застосування додаткових приладів і пристосувань дозволяє змінювати та вимірювати температуру електронного блока, автоматизувати процес вимірювання часової затримки між зондувальним та відбитим від штучної неоднорідності імпульсами, а за рахунок цього зменшити похибку визначення рівня в широкому діапазоні температур електронного блока та підвищити швидкість та точність калібрування/градуювання/визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня поліметричної системи. Застосування пристрою керування процесом калібрування/градуювання або визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня поліметричної системи вирішує задачу автоматизації процесу і значно скорочує час робіт по визначенню необхідних характеристик вимірювального каналу поліметричної системи. 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 , 1 UA 87954 U температурі електронного блока Tj ( j  12...NTi ; NTi - кількість точок калібрування/градуювання , 5 за температурою для відстані Li ), що регулюється за допомогою температурного регулятора згідно з заданими значеннями. 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 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 .  10 15 20 25 30 35 40 45 50 55  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. 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 прототипом 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). Для забезпечення максимальної точності градуювання передбачено використання стандартизованої міри довжини, наприклад, штанген-рейсмуса. При цьому кінці штангенрейсмуса суміщені з кінцями чутливого елемента і жорстко закріплені без електричного контакту у строго паралельному положенні, а ноніус штанген-рейсмуса жорстко скріплений з мікрометричним повзунком чутливого елемента, котрий при цьому забезпечений візиром суміщення перпендикулярної осі повзунка з індикатором положення ноніуса і керованим пристроєм мікроточкового закорочення провідників чутливого елемента вздовж суміщених осей повзунка та індикатора ноніуса. Пристрій для калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі містить засіб для задання відстані і засіб для фіксації відстані і створення відбитого вимірювального сигналу, засіб для задання відстані виконаний наприклад у вигляді хоча б однієї кінцевої міри довжини, установленої паралельно хвилеводу первинного перетворювача у вигляді двопровідної лінії передачі. Пристрій характеризується тим, що до нього додатково введено блок керування процесом визначення метрологічних характеристик, що може бути запрограмований, та виконує керування регулятором температури, що змінює температуру електронного блока поліметричної системи, засобами для створення відбитих імпульсів, що знаходяться на різних відомих відстанях від генератора зондувальних імпульсів поліметричної системи. 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 задання 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 2 UA 87954 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 початку хвилеводу, ця відстань визначається за допомогою кінцевих мір довжини. Контакторні пристрої 3 керуються за допомогою блока керування 4, за який може виступати будь-яка ЕОМ. Температура електронного блока 5 поліметричної системи регулюється за допомогою регулятора температури 6, сигнали керування до якого надходять з блока 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18Н10Т 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. Калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричніи системі здійснюють 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 блоку 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 з програмою, 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 пристрою забезпечують 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 від 3 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 метрологічної атестації (перевіряння, градуювання) вимірювальних каналів електромагнітних рівнемірів з первинним перетворювачем у вигляді ліній передачі. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Пристрій для калібрування/градуювання та визначення метрологічних характеристик вимірювального каналу рівня в поліметричній системі, що містить засіб для задання відстані і засіб для фіксації відстані та створення відбитого вимірювального сигналу, засіб для задання відстані виконаний, наприклад, у вигляді хоча б однієї кінцевої міри довжини, встановленої паралельно хвилеводу первинного перетворювача у вигляді двопровідної лінії передачі, який відрізняється тим, що додатково введено блок керування процесом визначення метрологічних характеристик, що може бути запрограмований, та виконує керування регулятором температури, що змінює температуру електронного блока поліметричної системи засобами для 3 UA 87954 U створення відбитих імпульсів, що знаходяться на різних відомих відстанях від генератора зондувальних імпульсів поліметричної системи. 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