имитационный стенд для поверки вихревых водосчетчиков

Формула изобретения

Имитационный стенд для поверки вихревых водосчетчиков, включающий камеру с водой, предназначенную для установки поверяемого водосчетчика, и счетчик импульсов, отличающийся тем, что камера выполнена герметичной цилиндрической и снабжена размещенной поперек нее перегородкой, выполненной с возможностью вставки поверяемого водосчетчика, противоположные торцевые стенки камеры выполнены в виде мембран, одна из которых соединена с электромагнитным приводом, по разные стороны перегородки размещены датчики давления, кроме того, стенд содержит датчик разности давлений, генератор испытательных сигналов, регулятор и усилитель мощности, причем выходы датчиков давления подключены к датчику разности давлений, выход которого соединен со входом регулятора, выход генератора испытательных сигналов подключен ко второму входу регулятора, выход которого через усилитель мощности соединен с электромагнитным приводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для имитационной поверки вихревых водосчетчиков в условиях, близко соответствующих реальной работе.

Известна проливная установка для поверки водосчетчиков [ГОСТ 8.156-83. Счетчики холодной воды. Методы и средства поверки. М.: Гос. комитет СССР по стандартам], включающая участок трубопровода, и образцовые меры вместимости.

Такие установки на диаметры трубопроводов более 250 мм имеются в России в единичных экземплярах, поэтому расходы и время на транспортировку приборов для поверки могут быть очень велики, что вынуждает использовать имитационные методы поверки.

Известен имитационный стенд для поверки погружных вихревых водосчетчиков [Инструкция АВК.297439.080 Д2. Погружные вихревые счетчики холодной и горячей воды «Фотон». Методика поверки. Утверждена ВНИИ расходометрии, г.Казань, 1999], включающий открытую сверху камеру с водой, стакан для размещения водосчетчика, выполненный с возможностью продольных перемещений в камере при помощи кривошипа с приводом, и счетчик импульсов. В данном стенде водосчетчик может периодически перемещаться относительно воды в камере, при этом возникающие колебания скоростного напора на чувствительном элементе имитируют колебания давления, возникающие на чувствительном элементе в процессе вихреобразования при реальной работе водосчетчика.

Известный стенд обладает следующими недостатками:

- поверка производится только на одной частоте и при одной амплитуде колебаний, что эквивалентно только одной точке расхода. Варьировать частоту и амплитуду колебаний на известном стенде не представляется возможным из-за механической инерции конструкции и из-за механических нагрузок, которые могут разрушить как сам стенд, так и поверяемый расходомер;

- поверка производится при одной форме сигнала (создаваемой при движении кривошипа), которая далека от реальной формы. Создавать резко меняющиеся импульсы на известном стенде невозможно из-за ударных механических нагрузок.

Изобретение решает задачу повышения качества имитационной поверки вихревых водосчетчиков за счет создания колебаний давления жидкости на чувствительном элементе водосчетчика с формой, частотой и амплитудой, близких к реальным.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение качества имитационной поверки вихревых водосчетчиков.

Это достигается тем, что в имитационном стенде для поверки вихревых водосчетчиков, включающем камеру с водой, предназначенную для установки поверяемого водосчетчика, и счетчик импульсов, согласно изобретению камера выполнена герметичной цилиндрической и снабжена размещенной поперек ее перегородкой, выполненной с возможностью вставки поверяемого водосчетчика, противоположные торцевые стенки камеры выполнены в виде мембран, одна из которых соединена с электромагнитным приводом, по разные стороны перегородки размещены датчики давления, кроме того, стенд содержит датчик разности давлений, генератор испытательных сигналов, регулятор и усилитель мощности, причем выходы датчиков давления подключены к датчику разности давлений, выход которого соединен с входом регулятора, выход генератора испытательных сигналов подключен ко второму входу регулятора, выход которого через усилитель мощности соединен с электромагнитным приводом.

Отличием заявляемого решения от прототипа является то, что камера с водой выполнена герметичной цилиндрической, две противоположные стенки камеры выполнены в виде мембран, одна из которых соединена с электромагнитным приводом, снабжена размещенной поперек нее перегородкой для размещения поверяемого водосчетчика, в стенд введены два датчика давления, размещенные с разных сторон перегородки, датчик разности давлений, генератор испытательных импульсов, ПИД-регулятор и усилитель мощности.

На фиг.1 изображена структурная схема имитационного стенда для поверки вихревых водосчетчиков, на фиг.2 - форма сигнала, снимаемого с генератора испытательных сигналов.

Имитационный стенд для поверки вихревых водосчетчиков состоит из герметичной камеры 1 (например, цилиндрической), противоположные торцевые стенки которой выполнены в виде мембран 2 и 3. Поперек камеры 1 размещена перегородка 4, выполненная с возможностью вставки в нее поверяемого водосчетчика А. Камера 1 содержит патрубки 5 и 6 соответственно для заполнения и спуска воды, пробку 7 для выпуска остаточного воздуха и датчики давления 8 и 9, размещенные на торцевых стенках 2 и 3 по разные стороны перегородки 4. Мембрана 3 снабжена жестким центром и соединена с электромагнитным приводом 10. Стенд содержит также датчик разности давлений 11, генератор испытательного сигнала 12, ПИД-регулятор 13, усилитель мощности 14 и счетчик импульсов 15. Выходы датчиков давления 8 и 9 подключены к датчику разности давлений 11, выход которого соединен с входом ПИД-регулятора 13, выход генератора испытательных сигналов 12 подключен ко второму входу ПИД-регулятора 13, выход которого через усилитель мощности 14 соединен с электромагнитным приводом 10.

Генератор испытательных сигналов 12 выполнен в виде задатчика синусоидального сигнала переменной частоты и умножителя этого сигнала в n раз, на его выходе имеется сигнал вида:

Y=A·Sinⁿ2 ft,

где А - амплитуда сигнала,

f - частота вихреобразований,

n - нечетное число, равное, например, 5.

Данный сигнал наиболее близко соответствует импульсам, воздействующим на чувствительные элементы расходомеров при их работе. Частота вихреобразования рассчитывается по известной формуле

где Sh - число Струхаля (гидравлическая постоянная);

V - скорость потока, м/с;

D - характерный размер тела обтекания, м.

Известная формула расхода:

Q=3600·V·S,

где S - сечение трубы, м².

Таким образом, частота вихреобразования

Задаваясь f, можно задать расход Q, т.е можно имитировать поверочный расход в разных точках измеряемого диапазона расходов. Стенд заменяет реальный перепад давлений, возникающий на теле обтекания вихревого расходомера в процессе вихреобразования, искусственным перепадом давлений, по форме и частоте аналогичным реальному перепаду.

Для этого, стенд с электромагнитным приводом охвачен отрицательной обратной связью по перепаду давлений на перегородке, т.е. на боковых стенках тела обтекания вихревого расходомера установленного в отверстие перегородки. Ввиду наличия в теле обтекания щелевого отверстия, называемого обычно каналом обратной связи, в нем под действием меняющегося во времени перепада давлений по закону, показанному на фиг.2, возникает знакопеременный переток жидкости, который воздействует на чувствительный элемент вихревого расходомера, так же, как и реальный перепад давлений, возникающий при вихреобразовании.

Схема управления стенда представляет собой контур отрицательной обратной связи по перепаду давлений на перегородке. Она состоит из следующих элементов: 11 - датчик разности давлений (выполненный на базе, например, дифференциального усилителя); 12 - генератор испытательного сигнала (вид сигнала показан на фиг.2); 13 - регулятор цепи обратной связи, выполненный, например, по схеме ПИД-регулятора; 14 - усилитель мощности; 15 - счетчик импульсов поступающих с вихревого расходомера. При оптимальной настройке ПИД-регулятора возможно значительно снизить динамические ошибки воспроизведения сигнала, задающего генератором 12.

Имитационный стенд для поверки вихревых водосчетчиков работает следующим образом.

Поверяемый водосчетчик А вставляют в перегородку 4 так, что чувствительный элемент водосчетчика располагается параллельно перегородке 4. Через патрубок 5 в камеру 1 набирают воду и после выхода остаточного воздуха закрывают пробку 7.

Генератор испытательных сигналов 12 генерирует сигналы, которые проходят через ПИД-регулятор 13 и усилитель мощности 14 на электромагнитный привод 10, создающий на мембране 3 механические колебания, амплитуда, форма и частота которых пропорциональны электрическим колебаниям генератора 13. По разные стороны перегородки 4 в камере 1 создаются знакопеременные колебания давления, возникает знакопеременный переток жидкости между половинами камеры 1 через чувствительный элемент водосчетчика А. Сигналы с датчиков давлений 8 и 9 вычитаются в датчике разности давлений 11 и подаются на вход ПИД-регулятора 13, где вычитаются из сигнала, поступающего с генератора 12.

Сигналы с водосчетчика А подаются на вход счетчика импульсов 15. Сравнивая количество импульсов, поступивших с генератора 11, с количеством импульсов, подсчитанных счетчиком 15 за определенное время, можно судить о погрешности измерения поверяемого водосчетчика.

Таким образом, предлагаемый стенд позволяет осуществлять имитационную поверку вихревых водосчетчиков в разных точках измеряемого диапазона расходов в условиях, близко соответствующих реальной работе приборов с точки зрения частоты, амплитуды и формы колебаний давления, действующего на чувствительный элемент водосчетчиков в реальных условиях эксплуатации.