СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЕМКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01M3/00 

Настоящее изобретение относится к способу контроля герметичности емкостей и к устройству для его осуществления.

Способ и устройство для контроля герметичности емкостей известны из патента США № 5029464 и европейских заявок № 0313678 и № 0432143.

Из этих публикаций известно, что для контроля герметичности емкостей создают разность между давлением внутри емкости и окружающим ее давлением и по характеристике одного из давлений делают вывод о том, отвечает ли находящаяся в процессе контроля емкость требованиям к герметичности или объему или нет.

При этом подвергаемую контролю емкость помещают в герметизирующую камеру, соединенную с источником сжатой среды или источником отсасывания, при помощи которого создают упомянутую разность давлений. После ее создания в качестве начального условия запоминают значения окружающего емкость давления в эталонной напорной камере, которая включена перед дифференциальным датчиком давления, и сравнивают с последующими значениями окружающего емкость давления.

Недостаток известных способов состоит в том, что должен быть предусмотрен дифференциальный датчик давления с максимально точно работающими управляющими клапанами, чтобы гарантировать регистрацию даже минимальных утечек или отклонений объема емкости от заданного объема.

Настоящее изобретение ставит своей целью значительное упрощение способа и устройства для контроля, а также возможно более ранее обнаружение емкостей с большой течью.

В заявляемом способе больше не требуется дифференциального датчика давления, как и пневматических запоминающих камер, а контролируемое давление регистрируют датчиком относительного давления, преобразуют в электрический сигнал, запоминают в заданное время при контроле утечек и сравнивают по меньшей мере с одним последующим значением, зарегистрированным этим же датчиком. При контроле объема значение давления задают в качестве базы сравнения и запоминают. Благодаря этому отпадает необходимость в сложных агрегатах известных устройств, а именно дифференциальном датчике давления и, в частности, запорных клапанах с высокой регулировочной характеристикой.

Создание разности давлений может происходить различными путями, хорошо известными специалисту также на основе упомянутых публикаций. Так, например, можно с помощью мощности подвода или отсасывания в течение заданного времени создать разность давлений, а затем обрабатывать достигнутое значение давления и его характеристику. Точно так же можно производить подвод до заданной разности давлений, а затем наблюдать характеристику контролируемого значения давления.

Подвод давления, как известно из упомянутых публикаций, может происходить путем предварительной нагрузки предкамеры до заданного давления, а затем разгрузки упомянутой камеры в емкость или в ее окружение, образованное герметично закрываемой камерой.

При контроле объема в объем, зависимый от объема емкости, будь то ее внутренний объем или разность объемов с контрольной камерой, подают заданное количество сжатой среды или из этого объема отбирают заданное количество газа. По результирующему давлению делают вывод об объеме емкости.

Измеренные величины сравнивают с заданными величинами или заданными характеристиками, что также известно из упомянутых публикаций.

Предпочтительным образом запоминание производят так, что управляющим устройством в заданный момент времени включают аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования выходного сигнала датчика, а затем установившийся выходной сигнал этого преобразователя используют в качестве опорного значения для последующей обработки выходного сигнала датчика. При этом к выходу датчика можно либо подключить дополнительный АЦП, а затем сравнить его выходной сигнал с выходным сигналом запоминающего АЦП в цифровой форме, либо к запоминающему АЦП непосредственно подключить цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), с помощью которого запомненный, обратно преобразованный сигнал подают в качестве аналогового опорного сигнала к аналоговому компаратору, к которому также непосредственно подают выходной сигнал датчика.

Формирование опорного значения предпринимается в момент времени t₁, только после того, как в нарастающей ветви, т.е. при возрастании разности давлений давление достигнет какого-то заданного значения, в частности, после того как будет достигнуто значение давления "1".

За счет этого обеспечиваются предварительное распознавание емкостей, имеющих большую течь, и быстрое отбраковывание их, поскольку в них значение давления "1" вообще никогда не достигается.

В другом варианте исполнения изобретения запоминание значений осуществляется лишь в момент t₁, после того, как значение давления пройдет максимальное значение, что, например, не происходит при наличии большой течи.

Далее предпочтительным образом уравновешивание производят за счет того, что в основном во время запоминания значения на компараторе, определяют, достигает ли по меньшей мере приблизительно выходной сигнал устройства нулевого значения; при появлении сигнала, отличающегося от нулевого значения или заданного минимального значения, его используют в качестве нулевого уравновешивающего сигнала.

Изобретение поясняется ниже в качестве примера с помощью фигур, на которых показано:

- фиг.1: в схематическом виде устройство согласно изобретению, у которого источник подвода давления или отсасывания и датчик давления соединены с окружающим емкость пространством,

- фиг.2: также в схематическом виде, как и на фиг.1, фрагмент устройства по фиг.1, в другом варианте исполнения,

- фиг.3: аналогично фиг.2 фрагмент в третьем варианте исполнения,

- фиг.4: аналогично фиг.2 фрагмент в другом предпочтительном варианте исполнения,

- фиг.5: функциональную блок-схему предпочтительного устройства согласно изобретению для осуществления способа контроля согласно изобретению,

- фиг.6: чисто в схематичном виде характеристику кривой измерения.

На фиг.2 изображена закрытая емкость 1, подвергаемая контролю на наличие утечек или контролю объема. Емкость 1 может быть, например, уже наполнена и находиться в контрольной камере 3, герметично закрываемой, например, посредством накладываемой крышки 5. Через управляемый клапан 7 контрольный объем, здесь разность между объемами камеры 3 и емкости 1, нагружают посредством источника 9 давления или отсасывания таким образом, что на стенке емкости 1 образуется перепад давлений. Источник 9 в этом варианте исполнения сообщается с камерой 3.

На камере 3 или в ней предусмотрен датчик 11 относительного давления, преобразующий величину давления на входе в электрический выходной сигнал. Этот сигнал е1 датчика 11 запоминают посредством управляющей запоминающей схемы S в ответ на управляющий сигнал S, подаваемый блоком управления временем (не показан), в запоминающем блоке 13. В качестве опорного значения давления выходной сигнал е1_O запоминающего блока 13 подается к компаратору 15. На его втором входе имеется непосредственно выходной сигнал е1 датчика 11. После запоминания опорного значения е1_O компаратор 15 следит за характеристикой давления в камере 3.

Контроль утечек осуществляется следующим образом. Если емкость 1 герметична и запоминание в запоминающем блоке 13 происходит лишь тогда, когда закончились возможные, обусловленные разностью давлений формоизменения емкости 1, выходной сигнал е1 датчика сохранит запомненное значение е1_O. На выходе компаратора 15 результат сравнения, составляющий по меньшей мере приблизительно нуль, указывает, что емкость 1 герметична.

При наличии утечек после упомянутого запоминания опорного значения е1_O сигнал е1 в зависимости от направления перепада давлений на стенке емкости изменится в тем большей степени, чем больше утечка.

Сравнение выходного сигнала компаратора 15 с заданными значениями (не показано) дает, с одной стороны, информацию о том, имеется ли утечка, а, с другой стороны, также информацию о том, насколько она велика. В зависимости от подвергаемых контролю емкостей могут быть назначены допуски для небольших утечек.

Если утечка велика, то на стенке емкости 1 вообще не возникает разности давлений: давление внутри емкости и окружающее ее давление быстро уравновешиваются за счет утечки. Тогда, однако, на выходе компаратора 15 возникает нулевой сигнал, т.е. как и в случае герметичной емкости, что приведет к ошибкам контроля.

Поэтому, как изображено штриховой линией, предпочтительно после запоминания значения е1_O в запоминающем блоке 13 сравнить это запомненное значение в компараторе 17 с опорным значением ref. Выходной сигнал компаратора 17 указывает, имеется ли большая утечка или нет. В том случае, если в камеру 3 впускают заданное количество сжатой среды или из нее удаляют заданное количество газа, при большой утечке не достигается указанного опорным значением ref значения давления, и результат контроля емкости 1 указывается выходным сигналом компаратора 17.

Для контроля объема в камеру 3 подают заданное количество сжатой среды или удаляют заданное количество газа. Запоминающий блок 13, как изображено штриховой линией ref₁, используется здесь в качестве запоминающего блока для опорных значений, в котором они предварительно запоминаются в соответствии с заданными объемами подвергаемых контролю емкостей. Путем сравнения упомянутых опорных значений ref₁ объема и фактически устанавливающегося значения давления е1 в зависящем от внутреннего объема емкости 1 объема камеры 3, т.е. по выходному сигналу компаратора 15, определяют, имеет ли емкость заданный объем или нет или насколько велика разность между фактическим и заданным объемами.

У варианта исполнения по фиг.2, у которого те же детали обозначены позициями фиг.1, в камеру 3 впадает лишь источник 9. Посредством герметичного затвора 19 вход датчика 11 соединен с внутренним объемом снабженной здесь отверстием емкости 1. Обрабатывающая электроника, подключенная к датчику 11, та же, что и на фиг.1.

На фиг.3 аналогично фиг.2 изображен еще один вариант, при котором по сравнению с фиг.2 источник 9 и датчик 11 поменяны местами.

В устройстве по фиг.4 источник 9 сообщает через уплотняющее присоединение 19 с внутренней частью емкости 1, вход датчика 11 тока соединен с внутренним объемом емкости 1. Также здесь предусмотрена изображенная на фиг.1 обрабатывающая электроника, к которой подключен датчик 11. Предпочтительным образом используется вариант исполнения по фиг.1 или 4.

На фиг.5 в виде блок-схемы изображен предпочтительный вариант обрабатывающего блока 1, частично обрамленного штриховой линией на фиг.1. Выходной сигнал датчика 11 подается у предпочтительного варианта исполнения к преобразовательному каскаду 21, содержащему со стороны входа АЦП 21а, к которому непосредственно подключен ЦАП 21в. Выходной сигнал ЦАП 21в подается к дифференциальному усилителю 23 известной конструкции, как и выходной сигнал датчика 11. Выход усилителя 23 в соответствии с компаратором 15 на фиг.1 подключен к дополнительному усилительному каскаду 25, выходной сигнал которого через накопитель 27 накладывается на входной сигнал к усилителю 25 в точке 28.

Преобразователем 21, как и запоминающим блоком 27, управляет хронирующий блок 29. Это устройство работает следующим образом.

Для запоминания значения е1_O по фиг.1 блок 29 включает цикл преобразования на преобразователе 21, после чего на одном входе усилителя 23 появляется сигнал е1_O. Предпочтительно блок 29 одновременно управляет запоминающим блоком 27, за счет чего выходной сигнал усилителя 25 возвращается в качестве нулевого уравновешивающего сигнала на его вход. Если выходной сигнал усилителя 25 при запоминании значения е1_O был неравен нулю, то это значение через накопитель 27 используется в качестве компенсирующего сигнала.

Определение больших утечек, как это было изложено с помощью фиг.1, может осуществляться различным образом за счет того, например, что выходной сигнал преобразователя 21 подают к дополнительному компаратору (не показан), после чего его сравнивают с опорным сигналом ref по фиг.1, или, как изображено штриховой линией S₁, за счет того, что непосредственно до или после запуска запоминающего блока 27, предпочтительно после запуска, соединенный с датчиком 11 вход дифференциального усилителя переключают на опорный потенциал, например массу, а затем со стороны выхода усилителя 25 непосредственно вслед за этим проверяют, достигло ли значение е1_O опорного значения ref по фиг.1 или нет.

В отличие от изображенного предпочтительного варианта можно опустить второй преобразовательный каскад, а именно ЦАП 21в, и вместо него предусмотреть АЦП 22в и продолжать обработку тогда в цифровой форме обоих сигналов, т.е. е1_O и е1.

Формирование опорного значения предпринимается в момент времени t₁, только после того, как в нарастающей ветви, т.е. при возрастании разности давлений, давление достигнет какого-то заданного значения, в частности, после того, как будет достигнуто значение давления "1" (см. фиг.6).

За счет этого обеспечиваются предварительное распознавание емкостей, имеющих большую течь, и быстрое отбраковывание их, поскольку в них значение давления "1" вообще никогда не достигается.

В другом варианте исполнения изобретения запоминание значений осуществляется лишь в момент t₁, после того, как значение давления пройдет максимальное значение, что, например, не происходит при наличии большой течи.

Для контроля объема либо предварительно задают на предусмотренном преобразователе 21 опорные значения объема, как это изображено штриховой линией ref₁, либо дополнительный цифровой запоминающий блок непосредственно соединяют с ЦАП 21в, чтобы преобразовать введенные цифровые опорные значения объема в соответствующие аналоговые сигналы и затем с помощью изображенного устройства произвести также измерение объема.

Устройство очень хорошо подходит для оперативного контроля емкостей, например стеклянных, пластиковых бутылок и т.п., например, на карусельном транспортере.

В принципе имеется еще возможность по достижении заданного контрольного давления сравнить электрический выходной сигнал датчика с одним или несколькими заданными значениями, что может, например, осуществляться с помощью ВМ, в которую вводят выходной сигнал датчика. Разность с установленным контрольным давлением, т.е. падение давления, определяют с помощью ВМ (путем сравнения с введенным в ВМ предельным значением или с величиной, полученной посредством опорной утечки).

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на упрощение средств контроля герметичности с обеспечением возможности раннего обнаружения емкостей с большой течью. При проверке герметичности емкостей создают разность между давлением внутри емкости и давлением вокруг нее и по изменению одного из давлений судят о том, удовлетворяет ли емкость заданным условиям контроля или нет. Согласно изобретению сначала запоминают контрольное значение давления, когда спадают случайные, обусловленные разностью давлений деформации на емкости, и после этого производят сравнение давления с контрольным значением. Устройство включает источник давления, взаимодействующий с контролируемой емкостью, датчик давления и блок запоминания значений давления, блок управления для запуска процесса запоминания в запоминающем блоке после окончания процесса случайных, обусловленных разностью давлений деформаций на емкости. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ контроля емкостей, при котором создают разность между давлением внутри емкости и давлением вокруг нее и по изменению одного из давлений судят о том, удовлетворяет ли емкость заданным условиям контроля или нет, отличающийся тем, что сначала запоминают контрольное значение давления, когда спадают случайные, обусловленные разностью давлений деформации на емкости, и после этого производят сравнение давления с контрольным значением.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину контрольного значения давления запоминают электронным путем, например, в ЭВМ.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения сравниваемых давлений определяют по выходным сигналам датчиков давления.4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что выходной сигнал датчика давления сравнивают с одним или несколькими значениями давления, введенными, например, в ЭВМ, к которой подключают выход датчика давления.5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что повышают или понижают давление внутри емкости и измеряют значение давления внутри емкости.6. Способ по одному из п.п.1-4, отличающийся тем, что повышают или понижают давление внутри емкости и измеряют значение давления вокруг емкости.7. Способ по одному из п.п.1-4, отличающийся тем, что повышают или понижают давление вокруг емкости и измеряют значение давления внутри емкости.8. Способ по одному из п.п.1-4, отличающийся тем, что повышают или понижают давление вокруг емкости и измеряют значение давления вокруг емкости.9. Способ по одному из п.п.1-8, отличающийся тем, что запоминание производят посредством аналого-цифрового преобразователя, включенного в заданный момент времени для преобразования, преимущественно с помощью подключенного к нему цифроаналогового преобразователя.10. Способ по одному из п.п.1-9, отличающийся тем, что к датчику давления подключают усилительный элемент, выходной сигнал которого перед сравнением используют в качестве нулевого сигнала компенсации.11. Способ по одному из п.п.1-10, отличающийся тем, что его используют для контроля герметичности емкостей.12. Способ по одному из п.п.1-12, отличающийся тем, что его используют для контроля объема емкостей.13. Устройство для контроля емкостей, содержащее источник (9) давления или отсасывания, установленный с возможностью взаимодействия с контролируемой емкостью (1) в отношении ее внутреннего и внешнего давлений, по меньшей мере, один датчик (11) давления и блок (13, 21, 17) запоминания значений давления, в котором датчик давления выполнен в виде преобразователя значения давления на входе в электрический сигнал на выходе, причем выход датчика и выход электронного блока запоминания значений давления выведены на компаратор (15, 23), отличающееся тем, что оно содержит блок управления для запуска процесса запоминания в запоминающем блоке после окончания процесса случайных, обусловленных разностью давлений деформаций на емкости.14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что для контроля утечек выход датчика дополнительно соединен со входом электронного блока запоминания значений давления, а для определения объема электронный блок запоминания значений давления снабжен внешним запоминающим устройством.15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что предусмотрено присоединение (19) емкости со входом датчика (11) и присоединением источника (9), устанавливаемое герметично на отверстии емкости (1).16. Устройство по одному из п.п.13-15, отличающееся тем, что предусмотрены присоединение (19) емкости со входом датчика (11), герметично устанавливаемое на отверстии емкости (1), и герметично запираемая камера (3) для размещения емкости (1), к которой присоединен источник (9).17. Устройство по одному из п.п.13-15, отличающееся тем, что предусмотрены присоединение (19) емкости с присоединением источника (9), герметично устанавливаемое на отверстии емкости (1), и герметично запираемая камера (3) для размещения емкости (1), на которой или в которой предусмотрен вход датчика (11).18. Устройство по одному из п.п.13-15, отличающееся тем, что оно содержит герметично запираемую камеру (3) для размещения емкости (1), на которой или в которой предусмотрен вход датчика (11) и присоединение источника (9).19. Устройство по одному из п.п.13-18, отличающееся тем, что блок запоминания значений давления содержит аналого-цифровой преобразователь, преимущественно пару непосредственно последовательно соединенных между собой аналогоцифрового и цифроаналогового преобразователей.20. Устройство по одному из п.п.13-19, отличающееся тем, что к выходу датчика подключен усилитель с управляемым запоминанием его выходного сигнала, который после запоминания воздействует на выходной сигнал усилителя в качестве нулевого сигнала компенсации.21. Устройство по одному из п.п.13-20, отличающееся тем, что оно пригодно для контроля утечек емкостей или для контроля их объема.