Установка для поверки и калибровки уровнемеров

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для поверки, калибровки, градуировки и испытаний уровнемеров в качестве эталона. Технический результат - повышение точности поверки и калибровки средств измерения уровня при расширении эксплуатационных возможностей установки. Установка для поверки уровнемеров состоит из линейной части 1 с закрепленным на ней неподвижным основанием 2, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижной части 3 с закрепленным на ней основанием 4. При этом основания 2 и 4 в неподвижной и подвижной частях 1 и 3 выполнены в виде плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности. На линейной части 1 также размещен измеритель 8 расстояния от подвижной части до неподвижной. При этом на плите 4 закреплена каретка 10, снабженная прецизионным вентильным сервоприводом 11 с редуктором 12, обеспечивающими в совокупности с зубчатой рейкой 7 перемещение подвижной каретки 10 с дискретностью не более 20 мкм. На подвижной части 3 закреплено цифровое устройство 13 считывания и преобразования измеренного линейного перемещения. Установка также снабжена цифровыми температурными датчиками 14 и их сенсоры расположены непосредственно внутри линейной части 1 и вмонтированы в один из ее металлических профилей 5. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для поверки, калибровки, градуировки и испытаний уровнемеров в качестве эталона.

Из уровня техники известно «Устройство для поверки и калибровки средств измерения уровня» разработанное Терехиными А.А. и С.А. и описанное в патенте РФ №197046 по кл. G01F 25/00, з. 29.07.2019, оп. 26.03.2020 г.

Известное устройство для поверки и калибровки средств измерения уровня, включающее неподвижную часть с приборным отсеком, выполненную из двух блоков, один из которых расположен перед отражателем и на котором закреплен поверяемый уровнемер, а второй блок неподвижной части установлен за отражателем, электропривод для перемещения подвижной части, выполненной в виде основания с регулируемыми опорами, на котором закреплен с возможностью перемещения отражатель, закрепленный напротив поверяемого уровнемера, жестко связанную с одной стороны с неподвижной частью линейную часть в виде линейных направляющих, выполненную из металлических профилей для перемещения по ним подвижной части, измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, представляющий собой эталонный уровнемер, также закрепленный на неподвижной части, где блок неподвижной части, размещенный перед отражателем, выполнен в виде вертикально установленной металлической рамы с приборным отсеком и с закрепленным на ней поверяемым уровнемером, и неподвижного основания, на котором жестко закреплены электропривод, эталонный уровнемер, а второй блок неподвижной части, расположенный позади отражателя, жестко связан со второй стороной линейной части и выполнен в виде неподвижного вертикального элемента, при этом электропривод соединен с подвижной частью с помощью троса.

К недостаткам известного устройства относятся: использование только одного «эталонного уровнемера», в качестве которого выступает лазерный дальномер, использование дорогостоящего лазерного интерферометра в качестве основного средства измерения (эталона) на устройстве, отсутствие в системе натяжения зондовых уровнемером стоек поддержек для уменьшения провисания.

Известно изобретение «Метрологический стенд по поверке, калибровке уровнемеров и сигнализаторов уровня» (далее стенд), разработанное АО «Текноу», описанное в патенте РФ №2690701 на изобретение по кл. G01F 25/00, з. 14.11.2018 г., оп. 15.01.2019 г.. Известный стенд содержит: линейную часть с элементами для подсоединения поверяемых сигнализаторов уровня и подвижную часть, отражатель и средства для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по неподвижной линейной части стенда, на линейной части жестко закреплена тумба приборная с металлическим щитом для подсоединения сигнализатора уровня или уровнемера, подвижной части, перемещение которой осуществляется посредством прецизионного шагового привода с помощью армированного зубчатого полиуретанового ремня, на которой закреплен отражатель, для измерения расстояния от неподвижного металлического щита до перемещаемого отражателя стенд содержит высокоточный лазерный интерферометр или лазерный дальномер, в состав стенда введен измерительный блок для контроля за температурой, влажностью и давлением окружающей среды. Для использования лазерного интерферометра на прецизионных направляющих рельсах линейной части установлен реперный датчик для определения точки отсчета. Для проведения измерений с использованием лазерного интерферометра на подвижной части несущей рамы закреплен линейный ретрорефлектор. Лазерный интерферометр или лазерный дальномер расположен за отражателем и жестко закреплен к полу посредством тумбы, не связанной с основной рамой стенда. Для работы с контактными тросовыми (емкостными) уровнемерами стенд содержит систему натяжения, включающую электрическую лебедку с датчиком натяжения, установленную на тумбу.

К недостаткам известного устройства относятся: использование только одного «эталонного уровнемера», в качестве которого выступает лазерный дальномер, использование дорогостоящего лазерного интерферометра в качестве основного средства измерения (эталона) на устройстве, отсутствие в системе натяжения зондовых уровнемером стоек - поддержек для уменьшения провисания, наличие шагового привода, ограничивающего максимальную скорость перемещения, наличие армированного зубчатого ремня для перемещения подвижной части подверженному растяжению и вибрации во время перемещения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой установке и принятым за прототип является стенд для поверки уровнемеров, ранее разработанный ООО «ЭлМетро-Инжиниринг» описанный в патенте РФ на полезную модель №140028, МПК G01F 25/00, 3.18.06.2013, оп. 27.04.2014 г..

Известный стенд характеризуется следующей формулой:

1. Стенд для поверки уровнемеров, содержащий неподвижную и подвижную части с закрепленными на каждой из них основаниями, измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной в виде измерительной ленты, средство считывания показателей измерителя, при этом на основании неподвижной части жестко закреплен поверяемый уровнемер, а на основании подвижной части закреплен отражатель, причем поверяемый уровнемер установлен таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна плоскости отражателя, имеется средство для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по неподвижной линейной части стенда, снабженное элементами фиксации его в неподвижном состоянии в заданных точках и включающее в себя подвижную часть, на которой закреплено основание с отражателем, и направляющие для его перемещения в виде алюминиевых профилей, закрепленных на опорах и служащих ложементом для укладки измерительной ленты, натяжение которой обеспечивается грузом, отличающийся тем, что он снабжен температурными датчиками, в основании неподвижной части стенда расположен датчик положения, а в качестве средства считывания показателей измерителя использован линейный энкодер.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в подвижной части стенда отражатель прикреплен к основанию посредством сферического шарнира.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен системой циркуляции воздуха.

Более конкретно известный стенд выполнен следующим образом.

Стенд для поверки уровнемеров состоит из: линейной части 1 с жестко закрепленным на ней неподвижным основанием 2, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижной части 3 с жестко закрепленным на ней основанием 4. Линейная часть 1 представлена в виде металлических профилей, закрепленных на опорах. На неподвижном основании 2 линейной части 1 прочно закреплен поверяемый уровнемер 5; на основании 4 подвижной части 3 закреплен отражатель 6, причем поверяемый уровнемер 5 установлен таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна плоскости отражателя 6. Подвижная часть 3 предназначена для перемещения отражателя 6 в горизонтальной плоскости по линейной части 1 и снабжена элементами фиксации ее в неподвижном состоянии в заданных точках. Имеются измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, представленный в виде магнитной ленты 7, которая уложена на линейную часть 1 стенда, и устройство 8 - преобразователь линейного перемещения, закрепленный на подвижной части 3, предназначенный для считывания показаний магнитной ленты и представляющий собой линейный энкодер. Стенд снабжен температурными датчиками 9 и, при необходимости, системой 10 циркуляции воздуха. В неподвижном основании 2 линейной части стенда могут быть выполнены продольные пазы 11 для возможности крепления уровнемеров 5 разного вида (на чертеже не показаны). Здесь же расположен датчик 12 положения. В подвижной части 3 стенда отражатель 6 прикреплен к основанию 4 посредством сферического шарнира.

Недостатком известной установки является ее не вполне удовлетворительная точность поверки. Кроме того, с ее помощью можно поверять не все типы уровнемеров (например, тросовые, коаксиальные и емкостные).

Задачей является повышение точности поверки и калибровки средств измерения уровня при расширении эксплуатационных возможностей установки.

Поставленная задача решается тем, что в установке для поверки уровнемеров, состоящей из линейной части с жестко закрепленным на ней неподвижным основанием, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижной части с жестко закрепленным на ней основанием, при этом линейная часть представлена в виде двух металлических профилей, закрепленных на опорах, на неподвижном основании линейной части прочно закреплен поверяемый уровнемер; на основании подвижной части закреплен отражатель таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна его плоскости, подвижная часть служит для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по линейной части, на линейной части размещен измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, устройство считывания и преобразования измеренного линейного перемещения закреплено на подвижной части, установка также снабжена температурными датчиками, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, основания в неподвижной и подвижной частях выполнены в виде плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности, при этом к плите линейной части жестко прикреплена зубчатая рейка, а на плите подвижной части, имеющей на стороне, обращенной к линейной части, отражательную поверхность и установленной перпендикулярно линейной части, закреплена каретка, снабженная прецизионным вентильным сервоприводом с редуктором, обеспечивающими в совокупности с зубчатой рейкой перемещение подвижной каретки с дискретностью не более 20 мкм, устройство считывания и преобразования выполнено цифровым, температурные датчики также выполнены цифровыми, их сенсоры расположены непосредственно внутри линейной части и вмонтированы в один из ее металлических профилей, при этом установка снабжена системой поддержки волноводных зондов.

При этом измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной может быть выполнен как цифровой инкрементный энкодер, вклеенный на поверхность линейной части.

Кроме того, измеритель расстояния может состоять из не менее двух лазерных дальномеров, расположенных на разной высоте относительно линейного основания.

Кроме того, для поверки установки в качестве эталонного средства измерения использован лазерный интерферометр.

Выполнение основания подвижной части в виде плиты с отражающей со стороны неподвижной части поверхностью в совокупности с установкой ее перпендикулярно линейной части и размещении на ней каретки дает возможность задать значение «нуля» из любого положения. Определение местоположения отражательной поверхности плиты, производимое путем определения местоположения каретки относительно плиты неподвижной части или заданного «нулевого» положения, осуществляется с высокой точностью с помощью относительного инкрементного энкодера, вклеенного в одну из направляющих линейной части установки. Повышению точности измерений способствует и использование в качестве оснований обеих частей (подвижной и неподвижной) плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности.

Использование прецизионного сервопривода в совокупности с зубчатыми шестерней и рейкой позволяет более точно воспроизводить дистанцию, что достигается в совокупности с применением в качестве обратной связи цифрового относительного инкрементного энкодера, вклеенного в линейное основание, и устройства считывания.

Использование в установке цифровых датчиков температуры с вмонтированными чувствительными элементами в основание установки дает возможность компенсировать температурное расширение конструктивных элементов установки, что в совокупности с применением в качестве оснований установочных плит с механически обработанными с высокой степенью точности поверхностями, позволяет снизить погрешность ориентации базовой поверхности подвижной плиты относительно поверхности неподвижной плиты, а применение в качестве средства воспроизведения дистанции прецизионного сервопривода и цифрового энкодера гарантирует высокую точность измерений.

Наличие системы поддержки волноводных зондов дает возможность поверять такие типы уровнемеров как контактные, тросовые, волноводные.

Технический результат - повышение точности измерений уровня при расширении эксплуатационных возможностей.

Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение оснований в неподвижной и подвижной частях в виде плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности, жесткое прикрепление к плите линейной части зубчатой рейки, наличие на плите подвижной части на стороне, обращенной к линейной части, отражательной поверхности и установка ее перпендикулярно линейной части, закрепление на этой плите каретки, снабжение каретки прецизионным вентильным сервоприводом с редуктором, обеспечивающими в совокупности с зубчатой рейкой перемещение подвижной каретки с дискретностью не более 20 мкм, выполнение устройства считывания и преобразования цифровыми, использование цифровых температурных датчиков, расположение их сенсоров непосредственно внутри линейной части вмонтированными в один из ее металлических профилей, наличие системы поддержки волноводных зондов, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающими указанными отличительными признаками, которые обеспечивала бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемая установка соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемая установка может использоваться для поверки, калибровки, градуировки и испытаний уровнемеров в качестве эталона и потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1 - функциональная схема установки;

- фиг. 2 - вид установки сбоку со стороны неподвижного основания;

- фиг. 3 - система поддержки волноводных (тросовых) зондов при поверке контактных уровнемеров.

Заявляемая установка для поверки уровнемеров состоит из линейной части 1 с жестко закрепленным на ней неподвижным основанием 2, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижной части 3 с жестко закрепленным на ней основанием 4. При этом основания 2 и 4 в неподвижной и подвижной частях 1 и 3 выполнены в виде плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности. Линейная часть 1 выполнена в виде двух металлических профилей 5' и 5'', закрепленных на опорах 6. На неподвижном основании 2 линейной части 1 прочно закреплен поверяемый уровнемер. При этом к плите 2 линейной части 1 жестко прикреплена зубчатая рейка 7. На линейной части 1 также размещен измеритель 8 расстояния от подвижной части до неподвижной. Плита 4 подвижной части 3 имеет на стороне, обращенной к линейной части 1, отражатель 9 в лице отражательной поверхности плиты 4 и установлена перпендикулярно линейной части 1 таким образом, что горизонтальная ось отражателя 9 перпендикулярна его плоскости. При этом на плите 4 закреплена каретка 10, снабженная прецизионным вентильным сервоприводом 11 с редуктором 12, обеспечивающими в совокупности с зубчатой рейкой 7 перемещение подвижной каретки 10 с дискретностью не более 20 мкм. Подвижная часть 3 служит для перемещения отражателя 9 в горизонтальной плоскости по линейной части 1. На подвижной части 3 закреплено цифровое устройство 13 считывания и преобразования измеренного линейного перемещения. Установка также снабжена цифровыми температурными датчиками 14 и их сенсоры расположены непосредственно внутри линейной части 1 и вмонтированы в один из ее металлических профилей 5.

При этом измеритель 8 расстояния от подвижной части до неподвижной может быть выполнен как цифровой инкрементный энкодер, вклеенный на поверхность линейной части 1. Кроме того, измеритель 8 расстояния может состоять из не менее двух лазерных дальномеров 8' и 8'', расположенных на разной высоте относительно неподвижного основания 2.

Для поверки установки в качестве эталонного средства измерения использован лазерный интерферометр 15.

При этом установка снабжена системой 16 поддержки и натяжения волноводных зондов (тросов) при поверке контактных уровнемеров. Система 16 состоит из поддержек 17, опорной направляющей 18 и ручной лебедки 19.

Установка работает следующим образом.

Принцип работы установки заключается в следующем.

Принцип воспроизведения дистанции (или уровня) основан на передвижении отражательной поверхности 9 плиты 4, установленной на каретке 10 по неподвижной линейной части 1 установки на заданное относительное расстояние. Значение «нуля» установка может принимать из любого положения в отличие от прототипа. Она представляет собой алюминиевые профили 5, закрепленные на опорах 6, обеспечивающих их установку в горизонтальной плоскости. Определение местоположения отражательной поверхности 9 плиты 4 происходит путем определения местоположения каретки 10 относительно плиты 2 или заданного «нулевого положения» с относительного инкрементного энкодера 8, вклеенного в одну из направляющих линейной части 1 установки.

В качестве эталона для калибровки (градуировки) установки перед поверкой (первичной или периодической) используется лазерный интерферометр 15 (погрешность измерения не хуже 1 мкм/м), причем он нужен только при поверке и калибровке, и в дальнейшем при использовании установки для поверки рабочих систем измерения уровня, он не потребуется.

Каретка 10 установки включает жестко закрепленную плиту 4 с отражательной поверхностью 9. Прецизионный вентильный сервопривод 11 с редуктором 12 в совокупности с зубчатой рейкой 7 позволяют воспроизводить дистанцию, где в качестве обратной связи служит цифровой относительный инкрементный энкодер 8, вклеенный в линейное основание 2 и устройство 13 считывания и преобразования. При помощи цифровых датчиков 14, измеряющих температуру профиля распределенных по длине линейного основания 2 и интерферометра 15 при градуировке установки, компенсируется коэффициент линейного расширения металла. Поверяемый уровнемер 20 жестко крепится в горизонтальном положении на плите 2 линейной части 1. Установка устройства обеспечивается таким образом, что плоскость основания 2 параллельна, а его горизонтальная ось - перпендикулярна плоскости плиты 4 подвижной каретки 10.

После установки поверяемого устройства начинается процесс калибровки/поверки в соответствии с методикой поверки. Калибровка и поверка производится с использованием программного обеспечения, установленного на персональном компьютере (ПК), в автоматическом режиме для определения местоположения установочного фланца (на чертеже не показан) поверяемого уровнемера 20 или нулевого положения выходного сигнала уровнемера пользователь задает, исходя из методики поверки на уровнемер. Нулевое положение может быть выбрано пользователем произвольно в соответствии с настройками уровнемера для калибровки или поверки прибора при воспроизведении дистанции или уровня. Подвижная каретка 10 с плитой 4 подводится до полного соприкосновения с неподвижной плитой 2, для того, чтобы определить точку отсчета в случае, если потребуется знать абсолютное положение плиты 4 каретки 10 или при проведении градуировки самой установки. Когда процесс калибровки завершен, начинается процесс поверки. Температура, необходимая для калибровки и поверки устройства, контролируется аппаратно-программным интерфейсом автоматизированного рабочего места (АРМ) и передается программным путем от четырех и более цифровых датчиков температуры 14, расположенных в высверленных отверстиях внутри алюминиевого профиля 5 на неподвижной линейной части 1 установки.

При поверке контактных (тросовых, волноводных рефлекс радарных и др.) уровнемеров (см. фиг. 3) используется система 16 поддержки и натяжения зондов, состоящая из поддержек 17, опорной направляющей 18 и ручной лебедки 19. Уровнемер 20 закрепляется к неподвижной плите 2. Путем воспроизведения дистанции положения плиты 4 подвижной каретки 10 имитируется уровень отраженного сигнала зонда поверяемого уровнемера 20, при этом при достижении кареткой 10 любой из поддержек 17 системы 16 поддержки, происходит автоматическое складывание поддержки 17, в отличие от прототипа, где данные поддержки устанавливаются и снимаются пользователем «вручную».

В сравнении с прототипом заявляемая установка для поверки уровнемеров имеет более высокую точность поверки и более широкие эксплуатационные возможности.

1. Установка для поверки и калибровки уровнемеров, состоящая из линейной части с жестко закрепленным на ней неподвижным основанием, обеспечивающим подсоединение поверяемых уровнемеров, и подвижной части с жестко закрепленным на ней основанием, при этом линейная часть представлена в виде двух металлических профилей, закрепленных на опорах, на неподвижном основании линейной части прочно закреплен поверяемый уровнемер, на основании подвижной части закреплен отражатель таким образом, что его горизонтальная ось перпендикулярна его плоскости, подвижная часть служит для перемещения отражателя в горизонтальной плоскости по линейной части, на линейной части размещен измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной, устройство считывания и преобразования измеренного линейного перемещения закреплено на подвижной части, установка также снабжена температурными датчиками, отличающаяся тем, что основания в неподвижной и подвижной частях выполнены в виде плит с механической обработкой поверхностей высокой степени точности, при этом к плите линейной части жестко прикреплена зубчатая рейка, а на плите подвижной части, имеющей на стороне, обращенной к линейной части, отражательную поверхность и установленной перпендикулярно линейной части, закреплена каретка, снабженная прецизионным вентильным сервоприводом с редуктором, обеспечивающими в совокупности с зубчатой рейкой перемещение подвижной каретки с дискретностью не более 20 мкм, устройство считывания и преобразования выполнено цифровым, температурные датчики также выполнены цифровыми, их сенсоры расположены непосредственно внутри линейной части и вмонтированы в один из ее металлических профилей, при этом установка снабжена системой поддержки волноводных зондов.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель расстояния от подвижной части до неподвижной представляет собой цифровой инкрементный энкодер, вклеенный на поверхность линейной части.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что измеритель расстояния включает в себя не менее двух лазерных дальномеров, расположенных на разной высоте относительно линейного основания.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для ее поверки в качестве эталонного средства измерения использован лазерный интерферометр.