Винахід відноситься до галузі приладобудування, зокрема до способів градуювання і випробувань датчиків тиску шляхом впливу на них стовпа рідини. Сутність: градуювання низькочутливих датчика здійснюють поетапно з використанням еталонного високочутливого датчика. При цьому камеру з рідиною і поміщеним в неї еталонним високочутливим датчиком тиску скидають на підстилаючої поверхню із заданою жорсткістю. Амплітуду тиску удару визначають за встановленою залежно через калібрований (зразковий) стрибок гідростатичного тиску. Потім, не змінюючи висоти скидання камери, визначають датчик з найменшою чутливістю, який може бути відградуйовану пропонованим способом з прийнятною точністю. Збільшуючи висоту скидання і жорсткість підстильної поверхні, за кілька циклів здійснюють його градуювання. Технічний результат: розширення метрологічних можливостей способу в область більш високих тисків і підвищення точності вимірювань 1 з.п. ф-ли, 1 мул.
Малюнки до патенту РФ 2480725
Винахід відноситься до галузі приладобудування, зокрема до способів градуювання і випробувань датчиків тиску.
Градуювання датчиків тиску проводиться з метою встановлення залежності вихідного сигналу від впливає на нього тиску.
Існує досить велика кількість способів динамічної градуювання датчиків тиску.
Істотним недоліком даного способу градуювання є те, що він придатний тільки для градуювання датчиків тиску, що працюють в газоподібному середовищі. При динамічної градуировке датчиків тиску рідини зазначеним способом не враховується вплив приєднаної маси рідини на частоту власних коливань чутливого елемента датчика, що знижує точність градуювання.
Суть даного методу полягає в тому, що датчик тиску поміщають в вертикальний посудину (камеру), підвішений або встановлений на опорі, і навантажують, заливаючи водою на необхідну глибину. Початкове занурення датчика тиску в воду визначає величину амплітуди випробувального тиску. Стрибкоподібне зміна тиску отримують різким усуненням опори (підвісу) камери з рідиною. В результаті чого камера, разом із розташованим в нього датчиком тиску, під дією сили тяжіння починає рухатися з прискоренням вільного падіння, що призводить до стрибкоподібного зменшення тиску на її стінки і датчик.
До недоліків способу слід віднести малу амплітуду стрибка тиску. Вона визначається висотою стовпа рідини і, отже, обмежена висотою камери. Так, для отримання стрибка тиску амплітудою
10 5 Па (1 бар) необхідно мати стовп рідини висотою 10 м, що на практиці виконати досить складно.
Усунути вказаний недолік покликаний заявляється спосіб динамічної градуювання датчиків тиску.
Метою винаходу є розширення метрологічних можливостей способу в область більш високих тисків і підвищення точності вимірювань.
З теорії вимірювань відомо, що практично будь-який чутливий елемент вимірювального приладу (перетворювача) має робочий діапазон. Знизу робочий діапазон обмежений межею чутливості, зверху - конструктивними характеристиками. За межами робочого діапазону істотно збільшується похибка вимірювань, що і визначає законність і обґрунтованість отриманих параметрів.
Тому для низькочутливих датчиків, призначених для вимірювання досить великих тисків (більше 10 8 Па), навіть стовп рідини висотою 100 м не дозволяє навантажити датчик тиском робочого діапазону.
Поставлена мета досягається тим, що градуювання низькочутливих датчика здійснюється поетапно з використанням більш високочутливого датчика. Циклограма процесу градуювання представлена на малюнку.
На першому етапі здійснюють:
- реєстрацію високочутливим датчиком імпульсу малої амплітуди U, який виступає в ролі еталонного і формується в момент початку вільного падіння судини з рідиною і імпульсу великий амплітуди U 1. який виникає за рахунок різкого гальмування рідини в момент зіткнення судини з підстильної поверхнею (див. 1-й етап на циклограмме);
- зіставлення амплітудних значень сигналів, отриманих від датчика тиску, що виникають у фазі розвантаження U (в момент вільного падіння) і в фазі стиснення U1 (при падінні на опори), і розрахунок амплітуди тиску в фазі стиснення P1 за формулою:
де Р - амплітуда тиску в фазі розвантаження, рівна гідростатичного тиску стовпа рідини.
При падінні камери з датчиком на досить жорстку поверхню виникає динамічний тиск удару, що перевершує стрибок тиску розвантаження, що виникає в момент скидання камери з висоти. Амплітуда тиску удару визначається за встановленою залежно через калібрований (зразковий) стрибок гідростатичного тиску. Для випадку лінійної залежності чутливості датчика в межах робочого діапазону тиск удару розраховується за формулою (1).
На наступному етапі визначають датчик з найменшою чутливістю, який може бути відградуйовану пропонованим способом з прийнятною точністю, і здійснюють його градуювання. Для цього, не змінюючи висоти скидання і жорсткості підстильної поверхні (зберігаючи на кожному етапі незмінним тиск, що впливає на датчик, P1 = Р2 = Рn -const), вимірюють амплітуди сигналів у фазі стиснення датчиками з все зменшується чутливістю до тих пір, поки амплітуда сигналу в фазі стиснення для n-го датчика U n не стане сумірною з амплітудою сигналу в фазі розвантаження U для першого самого чутливого датчика. Остання умова викликано необхідністю забезпечення заданої точності вимірювань.
Далі, збільшуючи висоту скидання і жорсткість підстильної поверхні (тобто збільшуючи величину впливає на датчик тиску), за кілька циклів градуируют n-й датчик в його робочому діапазоні, при цьому в якості еталонного використовують сигнал U n і відповідний йому імпульс тиску Рn = P 1.
Амплітуду імпульсу тиску, одержуваного в кожному циклі градуювання n-го датчика, розраховують за формулою:
де до - номер циклу градуювання n-го датчика.
Кількість циклів градуювання датчика визначають виходячи з величини його робочого діапазону і необхідної точності побудови градуювальної кривої.
Практична перевірка способу показала, що при скиданні камери в ідентичних умовах спостерігається деякий розкид в величинах динамічного тиску удару. Для виключення невизначеності тиску удару на етапі відбору датчика з найменшою чутливістю досить в камері з рідиною розміщувати відразу два датчика, зразковий і Калібруемие, які при скиданні вимірюватимуть одне і те ж тиск.
Реалізація способу здійснена в лабораторних умовах і дозволила провести градуювання датчиків тиску з верхньою межею робочого відстані до 10 8 Па, використовуючи камеру з висотою рідини 1,2 м.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб динамічної градуювання датчика тиску, який міститься в камеру з рідиною, стрибкоподібним зміною гідростатичного тиску шляхом скидання камери з висоти і подальшим визначенням чутливості датчика, який відрізняється тим, що камеру з рідиною і поміщеним в неї еталонним високочутливим датчиком тиску скидають на підстилаючої поверхню із заданою жорсткістю, реєструють амплітудні значення сигналів, отримані від датчика тиску в фазі розвантаження U (в момент вільного падіння) і в фазі стиснення U 1 (при падінні на підстилаючої поверхню), за встановленою залежно через калібрований (зразковий) стрибок гідростатичного тиску розраховують амплітуду тиску в фазі стиснення P1. не змінюючи висоти скидання і жорсткості підстильної поверхні вимірюють амплітуди сигналів у фазі стиснення датчиками з все зменшується чутливістю до тих пір, поки амплітуда сигналу в фазі стиснення для n-го датчика Un не стане сумірною з амплітудою сигналу в фазі розвантаження U для еталонного датчика, збільшуючи висоту скидання і жорсткість підстильної поверхні за кілька циклів градуируют n-й датчик в його робочому діапазоні, при цьому в якості еталонного використовують сигнал Un і відповідний йому імпульс тиску P n = P1.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що еталонний високочутливий і низькочутливих датчики розміщують в камері одночасно.