Пневматический источник низкого давления Российский патент 2020 года по МПК G01L27/00 F15B21/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам, создающим давление газа, и может быть использовано в метрологических целях для проведения калибровки или поверки средств измерения давления методом сличения с эталонным прибором измерения давления.

К таким средствам измерения относятся напоромеры (манометры низких давлений), тягомеры, тягонапоромеры, реле давления, измерительные преобразователи давления и др. с пределами измерений от минус 40 кПа до 40 кПа.

Известны устройства - источники создания давления или разрежения, указанные в каталоге «Метрологическое оборудование», ЗАО «ПГ «МЕТРАН»», в разделе «Источники создания давления» помпы ручные пневматические П-0,04 и П-025, пневматические насосы BEAMEX PGV и PGL, ООО «Артвик Р», г. Москва, ручной насос низкого давления SPMK 212С, Spake Tecnology Со, Китай, пневматическая помпа МЕТРОЛ 206, компания «Метрологическое обеспечение», г. Казань и пресс пневматический малогабаритный ПТ-0,25, ООО «Гидрогазкомплект», г. Москва, ручной компаратор HS700, Sino-instruments, Китай и пресс для поверки манометров и вакуумметров УСД-05П, АО «Теккноу», г. Санкт-Петербург, а также портативный задатчик низких давлений СРС2000 компании Wika, Германия и источник давления FC0502, фирмы Furness Controls, Великобритания.

Известные устройства, объединенные в пневматическую систему со средствами измерения давления, предназначены для создания низких избыточных давлений или разрежения при проведении калибровки или поверки средств измерения давления методом прямого сличения показаний с эталонным средством измерения давления. Они имеют набор основных узлов, обеспечивающих работоспособность устройства согласно его функциональному назначению: насос, ручной или электрический, для создания избыточного давления или разрежения в средствах измерения давления, устройства для задания точного давления, коммутирующие устройства переключения избыточного давления или разрежения, узлы отсечения системы от атмосферного давления и плавного сброса давления из системы, элементы коммутации эталонных и поверяемых средств измерения давления. Сложные задатчики и источники давления имеют электронные блоки управления процессом создания давления.

Недостатком известных устройств, таких как П-025, BEAMEX PGV является дозированная многоразовая подача давления воздуха, осуществляемая вручную, поршневым насосом в систему, объем подачи, которого сложно контролировать, что обуславливает сложность выхода к поверочной точке, а объема устройства для задания точного давления может быть недостаточно.

Недостатком известных устройств, таких как BEAMEX PGL, SPMK 212С и МЕТРОЛ 206 является дозированная одноразовая подача воздуха сильфонным, a HS700, ПТ-0,25 и УСД-05П - поршневым узлом, посредством передачи винт-гайка, вручную, за один ход которых можно не достичь необходимого давления. Следовательно, необходимо отсекать средства измерения давления под давлением и производить новый забор воздуха в насос для создания избыточного давления или выталкивать воздух из насоса для последующего увеличения в системе разрежения.

Таким образом, отсутствие электрического привода насоса в вышеуказанных устройствах делает невозможным автоматизацию процесса, а также калибровку, поверку и обслуживание ряда средств измерений давления, с большим объемом приемников давления, например в коллекторе.

Недостатком известных устройств, таких как СРС2000 и FC0502, при наличии привода насоса, является отсутствие узлов задания точного давления, что определяет недостаточную точность задания давления (для СРС2000 точность 0,1% - это 100 Па от верхнего предела 100 кПа, а для FC0502 стабильность 0,15% - это 30 Па от верхнего предела 20 кПа), а также многочисленной разбивкой на диапазоны, определяемые встроенными сенсорами. Также недостатком этих устройств является отсутствие регулировки производительности насосов. Так при эксплуатации устройства СРС2000, при больших объемах приемников давлений поверяемых средств измерения давлений, рекомендуется использовать дополнительный источник давления, в противном случае для установки и контроля заданного давления прибору потребуется значительно больше времени. Если общий объем пневматической системы небольшой, то требуется около 2с, чтобы установилось и контролировалось заданное давление, что для установления термодинамических процессов времени 2с очень мало.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, является пневматический источник низкого давления, описанный в изобретении к патенту RU 2431817 по кл. G01L 27/00, з. 24.03.2010, опубл. 20.10.2011, относящийся к устройствам, создающим давление газа.

Известное устройство (см. чертеж) состоит из узла 1 создания давления, узла 2 точной настройки, узла 3 плавного сброса давления, управляющего элемента 4, выходных портов 5, а также блока 6 компенсации, выполненного в виде мембранного узла компенсации малой жесткости с изменяющимся объемом, заключенную в емкость 7 постоянного объема, теплоизолированную теплоизоляционным материалом 8 и подсоединенную через подводящий штуцер 9 к пневматической системе источника низкого давления.

По патенту RU 2431817 разработана помпа пневматическая П-0,04, выпускаемая ЗАО «ПГ «МЕТРАН»». Согласно руководству по эксплуатации 2054.000.00 РЭ на помпу, в разделе 1.4 «Устройство и работа» описано устройство помпы, работа с ней и приведен Рисунок 2 - Схема устройства помпы пневматической П-0,04. Очевидно, что насос и узел точной настройки, согласно описанию устройства и работы, а также изображению на схеме имеют поршневое устройство с ручным приводом.

Недостатком известного устройства является то, что устройство не имеет элементов регулирования производительности узла создания давления (или насоса). Скорость набора давления в средство измерения давления будет различная, в зависимости от объема приемника давления и скорости действий пальцев руки метролога. Приемник давления малого объема будет заполняться быстро, а приемник давления большого объема будет заполняться медленно. Причем дозированная подача давления, при проведении метрологических работ, с остановкой в промежуточных точках, для сличения показаний поверяемого (калибруемого) прибора с показаниями эталонного прибора, представляет определенную трудность. Приходится контролировать объем подаваемого давления положением поршня в цилиндре насоса. Это усложняет работу метролога. При наличии элемента регулировки производительности насоса скорость подхода к поверяемой точке была бы контролируемой.

Недостатком известного устройства является и то, что у насоса отсутствует привод, который осуществлял бы перемещение поршня в цилиндре, обеспечивая тем самым заполнение больших объемов приемников давлений поверяемых средств измерения давления. Такие объемы могут создаваться поверкой n-ого количества средств измерения в коллекторе.

Еще одним недостатком известного устройства является конструкция блока компенсации. Он выполнен в виде мембранного элемента малой жесткости, который позволяет изменять свой объем с воздухом под давлением в зависимости от изменения температуры окружающей среды и атмосферного давления, тем самым сохраняя заданные значения низких давлений или разрежения, постоянных по величине и стабильных во времени. Чем меньше толщина и больше диаметр мембраны, тем чувствительнее блок компенсации. Но известно, что металлические гофрированные мембраны, при воздействии на них давления рабочей среды, очень чувствительны к перегрузкам и имеют малый рабочий ход. Поэтому упругая деформация мембран блока компенсации ограничена низким пределом воспринимаемого давления и не охватывает весь диапазон создаваемого давления известного устройства. Малое изменение внутреннего объема блока компенсации также ограничивает изменение объема всей пневматической системы и снижает чувствительность точной регулировки давления.

Следующим недостатком известного устройства, также, является то, что узел точной настройки не может работать в широком диапазоне настроечных давлений с высокой точностью. Здесь может присутствовать или объем или точность создаваемых давлений так, как эти показатели зависят от хода и диаметра поршня. Чем больше диаметр поршня, тем грубее будет регулировка давления. Чем меньше диаметр поршня, тем точнее будет регулировка давления и длительней процесс подхода к поверяемой точке с передачей винт-гайка движения поршню.

Подытоживая вышесказанное, можно отметить следующее. Эксплуатационные возможности устройства ограничены, т.к.:

- нет возможности контроля объема подаваемого давления из-за отсутствия клапана регулировки производительности насоса;

- сложно заполнять большие объемы приемников давления средств измерения давления насосом вручную;

- использование мембраны в блоке компенсации ограничивает из-за ее низкого предела воспринимаемого давления изменением объема всей пневматической системы и снижает чувствительность точной регулировки;

- узел точной настройки не может работать с высокой точностью в широком диапазоне настроечных давлений.

Задача - расширение эксплуатационных возможностей.

Поставленная задача решается тем, что в пневматическом источнике низкого давления, содержащем последовательно связанные между собой узел задания давления, блок управления и блок компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, имеющего малую жесткость, также имеются узел плавного сброса давления, выходные порты, узел настройки давления, включающий узел точной регулировки, при этом все узлы выполнены пневматическими, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ узел задания давления выполнен в виде насоса с электроприводом, блок управления включает в себя расположенные последовательно между насосом и блоком компенсации и связанные между собой клапан регулирования производительности и клапан выбора режима, сообщенный через обратные клапаны с блоком компенсации, который выполнен в виде сильфона, при этом узел настройки давления содержит дополнительно узел грубой регулировки, конструктивно объединенный с узлом точной регулировки в единый блок, и включен между выходными портами и клапаном плавного сброса, сообщенными с обратными клапанами и с блоком компенсации.

Использование в качестве узла задания давления насоса с электроприводом в совокупности с введением в устройство клапана регулировки производительности насоса и клапана выбора режима работы, связанных через обратные клапаны, сохраняющие величину заданного давления, с блоком компенсации при выполнении последнего в виде сильфона, снимающего ограничение низкого предела воспринимаемого давления, и введении дополнительно узла грубой регулировки дает возможность расширения диапазона в область низких давлений при обеспечении достаточной точности регулировки во всем диапазоне создаваемых давлений, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.

Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей путем расширения задаваемых значений в области низкого давления при расширении возможности более широких градаций точности регулировки.

Заявляемый пневматический источник низкого давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение узла задания давления в виде насоса с электроприводом, выполнение блока управления в виде расположенных последовательно между насосом и блоком компенсации и связанных между собой клапана регулирования производительности и клапана выбора режима, сообщение блока управления через обратные клапаны с блоком компенсации, который выполнен в виде сильфона, наличие в узле настройки дополнительно узла грубой регулировки, конструктивно объединенного с узлом точной регулировки в единый блок, и включение его между выходными портами и клапаном плавного сброса, сообщенными с обратными клапанами и с блоком компенсации, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающими указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый пневматический источник соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый пневматический источник низкого давления может найти широкое применение в приборостроении, в частности, в метрологических целях для проведения калибровки или поверки средств измерения давления методом сличения с эталонным прибором измерения давления и потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1 - функциональная схема пневматического источника низкого давления;

- фиг. 2 - вид узла настройки давления в вертикальном разрезе.

Пневматический источник низкого давления содержит последовательно связанные между собой узел 1 задания давления, блок 2 управления и блок 3 компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, имеющего малую жесткость, также имеются узел 4 плавного сброса давления, выходные порты 5, узел 6 настройки, включающий узел 7 точной регулировки. При этом узел 1 задания давления выполнен в виде насоса 8 с электроприводом 9. Блок 2 управления включает в себя расположенные последовательно между насосом 8 и блоком 3 компенсации и связанные между собой клапан 10 регулирования производительности и клапан 11 выбора режима, сообщенный через обратные клапаны 12 с блоком 3 компенсации, выполненным в виде сильфона. Узел 6 настройки содержит дополнительно узел 13 грубой регулировки, конструктивно объединенный с узлом 7 точной регулировки в единый блок, и включен между выходными портами 5 и узлом 4 плавного сброса, сообщенными с обратными клапанами 12 и с блоком 3 компенсации. Узел 7 точной регулировки давления состоит из цилиндра 14, поршня 15 с уплотнением 16 по внутренней поверхности цилиндра 14 и прикрепленным к нему винтом 17 с маховиком 18. Узел 13 грубой регулировки давления состоит из цилиндра 19, вставленного в корпус 20 с выходным отверстием 21, поршня 22 с уплотнением 23 по внутренней поверхности цилиндра 19 и имеющего полую резьбовую втулку 24 с прикрепленным маховиком 25 с одной стороны и вставленным во внутреннюю полость цилиндром 14 с другой стороны. Со стороны полого винта (полой резьбовой втулки) 24 поршень 22 имеет резьбовое отверстие для сопряжения с винтом 17, а цилиндр 19 имеет резьбовое отверстие для сопряжения с полым винтом 24. Резьбовые отверстия позволяют соосное перемещение поршней 15 и 22, посредством винтов 17 и 24, относительно друг друга при их вращении маховиками 18 и 25. При этом все узлы выполнены пневматическими.

Пневматический источник низкого давления работает следующим образом. К выходному порту 5 подсоединяют эталонное и поверяемые средства измерения давления (не показаны). Перед началом создания избыточного давления или разрежения в пневматической системе источником низкого давления закрывают клапан 4 плавного сброса давления, а клапан 11 выбора режима переключают на создание в подсоединенных приборах избыточного давления или разрежения. Включают электропривод 9 насоса 8 и создают в пневматической системе предварительное давление, близкое к поверочной точке эталонного средства измерения. Выключают электропривод 9 насоса 8 и узлом 13 грубой регулировки подходят к точке еще ближе. Для этого маховиком 25 вращают полый винт 24 в резьбовом отверстии цилиндра 19, перемещая поршень 22 вдоль цилиндра 19, тем самым увеличивая или уменьшая внутренний объем цилиндра узла 13 грубой регулировки давления. Уплотнение 23 обеспечивает герметичность внутренней полости узла 13. Поскольку поршень 22 большего размера, то его даже незначительное перемещение приводит к значительным изменениям давления в пневматической системе. Узлом 7 точной регулировки достигают необходимого значения давления поверочной точки. Для этого маховиком 18 вращают винт 17 в резьбовом отверстии поршня 22, перемещая поршень 15 вдоль цилиндра 14. При этом уменьшается или увеличивается объем цилиндра узла 7 точной регулировки давления. Уплотнение 16 обеспечивает герметичность внутренней полости узла 7 точной регулировки давления. Поршень 15 намного меньшего размера по сравнению с размером поршня 22 узла 13 грубой регулировки давления. Поэтому его перемещение приведет к минимальному изменению давления в пневматической системе и точному заданию необходимого значения давления. Прямым сличением сравнивают показания эталонного и поверяемых средств измерения давления. Обратные клапаны 11 препятствуют утечкам давления из пневматической системы.

Давление также попадает в блок 3 компенсации, выполненный из сильфона малой жесткости с рабочим ходом, соответствующим максимальному рабочему давлению источника. Изменение давления в пневматической системе вызывает изменение объема воздуха, находящегося под давлением в блоке 3. Поскольку емкость блока 3 компенсации выполнена из сильфона малой жесткости, его упругие гофры деформируются, увеличивая или уменьшая внутренний объем сильфона. Максимальная величина растяжения сильфона будет соответствовать максимальному рабочему давлению. Имея емкость переменного объема, пневматический источник низкого давления имеет возможность сглаживания пульсаций давления от насоса и плавного набора давления при грубой и точной регулировке давления. Для сброса давления из пневматической системы источника низкого давления и средств измерения давления открывают клапан 4 плавного сброса давления.

В сравнении с прототипом заявляемый пневматический источник низкого давления имеет более широкие эксплуатационные возможности.

Изобретение относится к пневматическим источникам низкого давления и может быть использовано в метрологических целях для проведения калибровки или поверки средств измерения давления. Сущность: пневматический источник низкого давления содержит последовательно связанные между собой узел (1) задания давления, блок (2) управления и блок (3) компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, имеющего малую жесткость. Также источник содержит клапан (4) плавного сброса давления, выходные порты (5), узел (6) настройки давления. Причем все узлы выполнены пневматическими. Узел (1) задания давления выполнен в виде насоса (8) с электроприводом (9). Блок (2) управления включает связанные между собой клапан (10) регулирования производительности и клапан (11) выбора режима, сообщенные через обратные клапаны (12) с блоком (3) компенсации. Блок (3) компенсации выполнен в виде сильфона. Узел (6) настройки давления включает узел (7) точной регулировки и узел (13) грубой регулировки, конструктивно объединенные в единый блок. Причем узел (6) настройки давления включен между выходными портами (5) и клапаном (4) плавного сброса, сообщенными с обратными клапанами (12) и с блоком (3) компенсации. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей. 2 ил.

Пневматический источник низкого давления, содержащий последовательно связанные между собой узел задания давления, блок управления и блок компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, имеющего малую жесткость, также имеются узел плавного сброса давления, выходные порты, узел настройки давления, включающий узел точной регулировки, при этом все узлы выполнены пневматическими, отличающийся тем, что узел задания давления выполнен в виде насоса с электроприводом, блок управления включает в себя расположенные последовательно между насосом и блоком компенсации и связанные между собой клапан регулирования производительности и клапан выбора режима, сообщенный через обратные клапаны с блоком компенсации, который выполнен в виде сильфона, при этом узел настройки давления содержит дополнительно узел грубой регулировки, конструктивно объединенный с узлом точной регулировки в единый блок, и включен между выходными портами и клапаном плавного сброса, сообщенными с обратными клапанами и с блоком компенсации.