Устройство для измерения герметичности полых изделий

 

Изобретение относится к контролю герметичности полых изделий и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики путем обеспечения определения степени негерметичности и проведения испытания при любом исходном давлении в системе. Устройство (Л фаеЛ -uff

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

А1

Ш4 G01М326

g g p

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 403584 2/25-2 8 (22) 11.03.86 (46) 15.07,87. Бюл. Р 26 (71) Калининский политехнический институт (72) В.M.Àëåêñååâ, С,А,Смеловский, О.B.Ñóòÿãèí, В.С.Покусаев и В.М.Ярон (53) 620.165.29 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К- 896444, кл. G 01 М 3/26, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к контролю герметичности полых изделий и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики путем обеспечения определения степени негерметичности и проведения испытания при любом исходном давлении в системе, Устройство!

3 содержит двухполостной измерительный блок 4 с емкостным 8 .и индуктивным

12 датчиками перемещения мембраны

5. Полость 6 блока 4 соединена с источником 1 избыточного давления. а полость 7 — с изделием 3. Генератор

10 переменного напряжения последовательно соединен с датчиками 8 и 12.

Балластный резистор 11 соединен последовательно с датчиками 8 и !2, Выпрямитель lб своими входами параллельно соединен с балластным резистором

ll, а выходами — с первыми входами блоков 18,19 выборки-хранения, выходы которых соединены с входом вычитающего блока 22, выход которого соединен с измерительным прибором 40, Выходы эадатчика 23 времени соединены с вторыми входами блоков !8,19 выбор23889 ки-хранения. В задатчике 23 времени имеется переменный резистор 44, После создания избыточного давления в изделии 3 и в обеих полостях 6,7 блока последние разобщают. При на/ личии утечки мембрана 5 перемещается, в результате чего появляется напряжение на балластном резисторе ll, величина которого попеременно фиксируется блоками 18,19 выборки-хранения. Время открытия блоков 18 и 19 определяется задатчиком 23 времени, Блок 22 вычитает загомненные сигналы с блоков 18 и 19 и выдает на измерительном приборе 40 величину негерметичности Переменным резистором

/ ч производится настройка интервала лереклю -ения блоков 18,19, 2 з.п. ф-лы„ 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю герметичности полых:-;.зделий путем регистрации изменения в нем давления контрольной среды.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения определения степени негерметичности и проведение испытания при любом исходном давлении в изделии.

На фиг.! изображена блок-схема устройства; на йиг.2 — схема блока обработки полезного сигнал",,на фиг.3 — схема задатчика времени; на фиг.4 — временная диаграмма напряжений на выходах элементов олока обработки полезного сигнала, Устройство для измерения герметичности полых изделий содержит источник 1 избыточного давления, соединенный через отсечной клапан 2 с испытуемым изделием 3, двухполостной измерительнь:й блок 4 с мембраной 5, Одна полость 6 KoTopol IHc .вмати чески связана с источником 1 избыточного давления, а другая поло<..ть 7 с изделием 3. Емкостный датчик 8 пере мещения мембраны 5 установлен в полости 7 измерительного блока 4, В электрическую цеп1.-. 9 емкостного; ат-чика 8 включен генсратор 10 леремен- о o напряжения Балластный резистор

11 предназначен для преобразования тока измерительной цепи 9 в напряжение и включсн в электрическую цегь 9 .:оследовательно с емкостным и индуктивным датчиками 8 и 12. Последний закреплен на мембране 5 и выполнен в виде катушки 13 на тороидальном ферритовом сердечнике 14 и неподвижного постоянного магнита 15, взаимодействующего с катушкой 13, Балластный резистор 1! включен последовательно в электрическую цепь 9 и электрически связан с входом выпрямителя

15 г

i6) блока 17 обработки полезного сигнала, .остоящего из двух блоков 18, 19 выборки-хранения, поочередно осуществляющих выборку, запоминание на ем20 костях 20,21, преобразование входного полезного сигнала в сигнал ступенчатой формы и подачу его с их выходов на входы вычитающего блока 22 мгновенных значений напряжения лолеэ) i) ного си-=нала, Блоки 18, 19 выборкихранения имеют общий информационный гыход, связанный с выходами задатчика 23 времени, формирующего измерительные интервалы времени, управляю80 щие работой блоков 18, 19 выборкихранения при помощи поочередного отпирания транзисторных ключей 24,?5!

323889 на полевых транзисторах КП 305, установленн61х на их входах и соединяющих их с выходом Выпрямителя 1б, подающих сигнал на запоминающие емкости 20,21. Последние установлены на входах буферных усилителей 26,27, с Высоким Входным и низким Выходным импедансом, выполненных на операционных усилителях типа К 140 УД8, осуществляющих согласовачие и передачу мгновенных значений запомненного

10 сигнала с их выходов на входы вычитающего блока 22.

Вычитающий блок 22 состоит из вып- 16 рямительного управляемого двухвходового источника тока на двух операционных усилителях 28, 29 типа К 140УД7, на неинвертирующие входы которых пода— ются сигналы с выходов блоков 18,19 20 выборки-хранения, двух полевых транзисторов 30,31 типа КП 305 и диодов

32, 33 типа КД502, включенных в цегь обратной связи операционных усилителей 28,29. Стоки полевых транзисто- 25 ров 30,31 объединен61 и подключены к входу сдвигающего уровень преобразователя напряжение-ток, выполненного на операционном усилителе 34 типа

К140УД7. Резисторы 35 — 37 образуют З0 отрицательную обратную связь. Делитель напряжения на резисторах 38,39 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 34, выходное напряжение которого подается на измерительный прибор 40, отображающий численное значение измеряемой величины степени герметичности, Задатчик 21 времени состоит из трех логических элементов И-HF. 41—

43 типа К155 ЛАЗ, соединенных последовательно друг с другом и охваченных положительной обратной связью, а частото-задающая цепь составлена из переменного резистора 44, при помощи которого регулируется измерительный интервал преобразований и емкости 45. С выхода элемента И-НЕ 43 импульсы поступают на вход двухфазного распределителя 46, выполненного на D-триггере 47 типа К155ТМ2 и двух логических элементах И-НЕ 48,49, выходы которых и один D-вход соединен с входами двух логических элементов

И-НЕ 48,49 типа К155 ЛАЗ, образующих схему совпадения, а с их выходов, связанных с затворами полевых тран— зисторов 24,25 поочередно передаются управляюп11е им11ульсы с периодом Т следования и интервалом 7 сдвига, управляющие режимами работы блоков

18,19 выборки-хранениям.

Степень герметичности связана с параметрами газа в измерительной полости 6 следующим соотнощением: ь\/ кР

Q - =P -- + \/

М Ь

aV= Fah, а где F — площадь мембраны 5 измерительного блока 4;

М вЂ” смещение мембраны 5;

К вЂ” коэффициент жесткости мемб1 раны 5, то величина степени герметичности пропорциональна перемещению мембраны

5 за период измерительного интервала времени, т.е, Q=P= ah + VK. -= =(=,-. + =; ) ah

F аЬ PF VK ! илн 1".=К . ah, где К вЂ” коэффициент пропорциональ2 ности

\/К, 1

К = (Р F + --- )

F г

Перемещение мембраны 5 в свою очередь пропорционально напряжению полезного сигнала на балластном резисторе 1l, т.е. аЬ=К 0 — U

3 с где U - нап яже р ние полезного сигнала, снимаемого с балластного резистора 11, соответствующее данному смещению ЬЬ мембраны 5,; остаточное напряжение, соответствующее среднему положению мембраны 5, когда лье=О; коэффициент пропорпиональности преобразования датчиком смещения с,11 в электрический сигнал, U о

К

Э где P — давление в измерительной полости 6 измепительного блока 4;

V — объем измерительной полости 6;, И - изменение объема измерительной полости 6, обусловленное наличием утечки в испыт61ваемом иэделии 3;

4Р— изменение давления в измерительной полости 6; дС=i — измерительный интервал, Поскольку

1323889

Пусть приращение перемещения за измерительный интервал и-го порядка з(0, -0 ), следовательно

q.-=Ê, К (U -U „) или Q „=К (U„-0 „), где К = К К вЂ” коэффициент пропор2

IJHOHGJIbHOCTH величина утечки и-го и измерительного интервала.

Устройство работает следующим образом.

В изделие 3 от источника 1 избыточного давления через отсечной клапан 2 подается испытательное давле-ние, отсечной клапан 2 перекрывается.

Вследствие наличия утечек в изделии

3 давление в пневматически связанной с ним полости 7 двухполостного измерительного блока 4 уменьшается, и мембрана 5 начинает смещаться в сторону меньшего давления, причем скорость смещения прямопропорциональна величине утечки. Смещение мембраны 5 вызовет увеличению емкости датчика 8 и уменьшение индуктивности датчика

12, что приведет к монотонному воз=

30 растанию тока в электрической цепи

9 и падению напряжения на балластном резисторе 11, включенному последовательно в цепь индуктивного и емкостного датчиков 12 и 8, С балластного резистора 11 полезный сигнал поступает на вход выпрямителя 16, где происходит выпрямление полезного сигнала. Управление работой блока

17 обработки полезного сигнала осуществляется поочередной подачей пря40 моугольных импульсов, сдвинутых по

1 времени на величину i =- — Т с выходов

,задатчика 23 времени на затворы тран- 15 зисторных ключей 24,25, управляющих режимом работы блоков 18,19 выборкихранения. С целью уменьшения времени выборки полезного сигнала скважность управляющих импульсов взята не менее

200, Блок 17 обработки полезного сигна— ла работает следующим образом.

При поступлении управляюшего импульса с выхода задатчика 23 времени на затвор ключа 24 происходит его о--пирание и запоминающая емкость 20 заряжается до напряжения полезного сигнала U,, которое присутствует на выходе выпрямителя 16 в момент действия данного управляющего импульса, Происходит процесс выборки мгновенного значения полезного сигнала блоком 18 выборки-хранения, По истечении действия управляющего импульса транзисторный ключ 24 запирается, отсекая тем самым от выхода выпрямителя 16 емкость 20 с запомненным полезным сигналом. Происходит про-.r цесс хранения мгновенного значения выбранного полезного сигнала и передача его буферным усилителем 26 на вход вычитающего блока 22.

По истечении интервала времени измерения, равного 1/2 периода следования управляющих импульсов на выходе, электрически связанном с затвором полевого транзисторного ключа

25 задатчика 23 времени, формируется следующий управляющий импульс, который отпирает транзисторный ключ

?5, тем самым осуществляя выборку полезного сигнала на запоминающую емкость 21 блока 19 выборки-хранения.

По окончании действия управляющего импульса транзисторный ключ 25 запирается и блок 19 выборки-хранения переходит в режим запоминания и передачи мгновенного значения выбранного полезного сигнала U на другой вы2 ход вычитающего блока 22, где он вычитается из предыдущего, Таким образом, напряжение на выходе вычитающего блока 22 равно U — (О, -U2) где U — мгновенное значение полезно1 го сигнала, соответствующее первому управляющему импульсу;

U - мгновенное значение полезного

2 сигнала, оответствующее второму управляющему импульсу.

Следующий управляющий импульс поступает снова. с выхода задатчика 23 времени на затвор транзисторного ключа 24, сбрасывая. предыдущий запомненный сигнал U,, а вместо него выбирая и запоминая текущий U, Осуществляется процесс выборки, .запоминания и передачи сигнала Из на вход вычитающего блока 22, напряжение на выходе которОго равнО 0 . =(U -U ) °

Таким образом осуществляется преобразование монотонно возрастающего входного сигнала на информационном входе блоков !8,19 выборки-хранения в два сигнала ступенчатой формы, их

1323889

40

И = (U -U ). с 1 °

Q„= K4U,, 7 подачи на выходы вычитающего блока

22, осуществляющего их вычитание, т,е. реализуется периодический и непрерывный процесс вычиатния мгновенной величины текущего сигнала из запомненного предыдущего, а напряжение на выход блока 17 обработки полезного сигнала

U = (u -U„,„ ), где U„ - мгновенное значение величины полезного сигнала, соответствующее и-му по счету управляющему импульсу;

U — мгновенное значение величии+1 ны полезного сигнала, соответствующее n+1 управляю— щему импульсу.

Для получения выходного напряжения U с блока 17 обработки полезного сигнала положительной полярности, вычитающий блок 22 выполнен по схеме дифференциального выпрямителя, работающего следующим образом.

Если напряжение на входах вычитающего блока 22 U, И, положительный ток обратной связи протекает через транзистор 30 и диод 33, Операционный усилитель 29 работает как неинвертирующий повторитель, а ток на нем Равен 1ос (U U„ ) R39 где R >> — сопротивление резистора 39, Ток 1 поступает в цепь неинос вертирующего входа усилителя 34, и выходное напряжение И, становится равно R, где К 4 - сспротивос ление резистора 39.

Если U ) U ä, через транзистор 31

1 и диод 32 протекает ток 1 и U, I„, К„

Таким образом, в цепь инвертирующего входа операционного усилителя

34 всегда подается ток, соответствующий положительному сигналу, а поэтому U, = R „„(И „-Ид) /R», где R сопротивление резистора 35. Учитывая, что сопротивления резисторов 35 — 39 равны, получим

Выходной сигнал И с выхода блока

17 обработки полезного сигнала подается на измерительный прибор 40, с которого снимаются показания измеряемой величины утечки О, Таким образом, текущее значение величины утечки

О за период измерения равно где U — выходное напряжение блока

17 обработки полезного сигнала, К вЂ” коэффициент, зависящий от величины периода времени измерения с ., Регулируя переменным резистором

44 величину периода Т следования управляющих импульсов задатчика 23 времени, а следовательно и величину периода с времени измерения так, чтобы K=1, получим П =И

Пс окончании испытания изделия 3 на герметичность производится сброс давления в двухполостном измерительном блоке 4 и возврат его элементов в исходное положение, Устройство позволяет сократить время измерения степени герметичности, т,е, повысить производительность измерения, а также наблюдать за динамикой ее изменения в процессе нагружения давлением испытываемого иэделия за счет преобразования полезного сигнала с индуктивного и емкостного датчиков 12 и 8 в сигнал, численно равный текущему значенив степени герметичности, исключающее одноцикличность измерения за счет введения двух блоков 18,19 выборкихранения, осуществляющих преобразование монотонно вазраставщего входного сигнала в сигнал ступенчатой фсрпь1, управляемый при помощи эадатчика 23 времени, вырабатывающего прямсугсльные импульсы определенной частоты и поступающие на их входы управления, а затем подача напряжений ступенчатой формы с вйходсв блоков 18,19 выборки-хранения на входы вычитающего блока 22, выполненного по схеме дифференциального выпрямителя, выделяющего абсолютную величину разности этих напряжений, численно равный текущему значению степени герметичности в данный момент времени, причем процесс измерения происходит постоянно и непрерывно, а надобность в проведении промежуточных расчетов в сбросе давления в рабочих полостях, 6,7 измерительного блока 4 после каждого цикла измерения и возвращение системы в исходное состояние перед началом следующего цикла стпад-ет, а производительность измерения спределяется временным интервалс."; "."-мерения и быстродействием электронной схемы, которые в ссвскуписсти имеют очень малую величину — ие более 1,3 с, ;п

1-. чд 9

-.гб поэтому производительность и" мер«пи(.: повьп((ается в 7,б раза.

Непрерывность процесс;1 преобра«ования полезного сигнала с датчиков н сигнал, численно равный текущему з (а— чению степени герметичности It да п6(й момент времени, позволяет наблюдс(-.. за динамикой изменения величиH6(с:.тс— пени герметичности в ходе нагруже(п я давлением испытываемого надел(:B, что позволяет прогнозировать долгов вечность испытываемого извели: и:п.— дежность его работы под давлением„

Ф о р м у л а и з о б р «т е н и я

1. Устройство для; змсрения I «рм«вЂ” тичности полых издег(ий „содержащ«е мембранный двухполос(тной 1(-. Меритеitl; ный блок с индуктивным и «мкос гн611" датчиками перемещения мембраны, о;(на полость измерительно(о бп((ка предназначена для соепинения с полостьк изделия, источник сжатого газа, соа диненный с второй полостьк и(м"ptt— тельного блока и предназначенный пля соединения с полост(1((изделия, генс.— ратор переменного напря> .ения„ C 1;ото. рым последовательно (оед(н(Рньi oo(1 датчика, и измерительный прибор, о т .л и ч а в щ е е с я тем, (то„ с цепьt(r улуч(яения экс(ц(у=- . ацноп(н,i:-: характеристик путем обеспе(епия с иределения степени не.. ермР. 1(чнс(с (и и проведения испытания прн л(чбо(((1«вЂ” хОдном давлРIИ(и Б и здР (ии Оно сла .— жено цвумя блоками выборки † 1непик

Выпрямит«лем(задатчиком времРни, б« J(J. é ñ Гным рР зи сторОм q ДвухвхОДОвым дифференциальным выпрямителем, бал.(а стпый резисто (соединен последова.:eHlHo " датчиками перемещения мембра5 (гь ВЫ-..РЯМИТЕЛЬ СВОИМИ ВХОДаын ПаР"-ЛПЕS(BHO COB.I(HHeH C L RJ;SIGCTH6(M PP"ис-.ором, а выходом — с первыми входами Gr.oêà выборки-хранения, выходы

",(1 которых соедине((ы с входом двухвхо;оного дифференциальногo выпрямителя, нь(ход котогого соединен с измеритель-(6(м прибором, а выходы задатчика времени соединены с вторыми входами бло(5 ков выборки-хранения.

У стpoE(cTBo по rl, 1 o ", л и ч 3. (ч щ е. Р с я тем, то задатчик време,tEt B6t1 Олнен н ВНДР ПОсчедОВательно соедине(н(ых трех лorических элемен—

70 -ОB И вЂ” IIF., с>хваченных положительной

: вязьн, и двухфазного распределителя правляющих импульсов, входы которого

f Ä 1н с Н61 г B6(xoiI ами тое гh«I 0 slo BH— ческо(о элемс нта И-({Е и " входо. (— t(6pBol о JIoгического элемента И-НЕ а нбпход6. двухфазного распределителя пр JBJ(H(ощих импульсОВ являются в61

: одами задатчика времени.

3, Устройство по п.2, о т sl и ч a—

30 щ ",;е .с я тем, что оно снабжено

;lC-пе(.о-кой с переменным регулиро((ОЧНЫМ СОПРО: ИВЛЕНИЕМ ЕМКОСТb КОТО

1ой установлена между первым и вторым:(с гическими элементами И-НГ, а ,-: 6 ход переменного сопротивления соепине,(, входами пнухфазного распреде,:и геля упрс(в.(як1щих импульсов, s

1323889

Заеинтиин

Рренени

Рькгой 7 йеюси 1

Фенеяний еиенин с

donnocmWK p

mopa йил юрьи

Сиепоп е йеггумпипгепп

Asoono

euonon c

ydAе1 йинойой есжкве е

У А Р

ЬкюАа7

aeon c

Лимит ле. RW ,аей е/а

Составитель Л,Вихляев

Техред А. Кравчук

Редактор Н.Слободяник

Корректор И.Муска

Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. д.4/5

Заказ 3604

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4