УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ РАСХОДОМЕРОВ ЖИДКОСТИ Российский патент 2023 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройства для измерения объема и объемного расхода жидкостей и может применяться для испытания или калибровки аппаратуры для измерения объема, расхода или уровня жидкости, или для измерения объемов дозами [G01F 25/00, G01F 25/10, G01F 25/17].

Известен ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОБЪЕМА И УРОВНЯ ЖИДКОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКА ЭНКОДЕРА [AU2018101805 (A4), опубликовано: 03.01.2019], состоящий из механической части, датчика энкодера, модуля контроля и управления, а также части интеллектуальной калибровки и диагностики ошибок, механическая часть выполнена для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное с помощью звездочки при изменении уровня жидкости в баке, модуль контроля и управления включает в себя электронную плату с микроконтроллером, серверное и мобильное приложения, измеритель уровня имеет три других датчика: датчик минимального уровня, датчик калибровки и датчик перелива, выполненные для интеллектуальной калибровки и диагностики ошибок устройства с помощью микроконтроллера, а также для высокоточного измерения уровня жидкости.

Также известно УСТРОЙСТВО КАЛИБРОВКИ РАСХОДА ЖИДКОСТИ [CN110631664 (A), опубликовано: 31.12.2019], отличающееся тем, что оно включает в себя первый резервуар, первое измерительное устройство, отображающее уровень жидкости, первую поплавковую пластину, первую трубу для подачи воды, клапан первой трубы для подачи воды, соединительную трубу и первую дренажную трубу, первый клапан дренажной трубы, первый пневматический клапан, первую трубу впуска воздуха, первый клапан трубы впуска воздуха, второй объемный резервуар, второе измерительное устройство, отображающее уровень жидкости, вторую поплавковую пластину, вторую трубу для подачи воды, клапан второй трубы для подачи воды, вторую дренажную трубу, второй клапан дренажной трубы, второй пневматический клапан, вторую трубу впуска воздуха и клапан второй трубы впуска воздуха, первая труба впуска воздуха снабжена клапан первой воздухозаборной трубы, первая воздухозаборная труба неподвижно соединена с верхней частью первого объемного бака, верхняя и нижняя часть первого объемного бака снабжены соответственно первым входом для воды и первым выходом для воды, а первый вход воды снабжен первым пневматическим клапаном, первая поплавковая пластина расположена горизонтально внутри первого резервуара, при этом ее диаметр соответствует внутреннему диаметру первого резервуара, на наружной стенке первого резервуара сверху расположен первое измерительное устройство, на первой трубе для подачи воды смонтирован клапан, на первой дренажной трубе смонтирован второй клапан трубы подвода воды, вторая труба для подачи воды неподвижно соединена с верхней частью второго резервуара, причем верхняя и нижняя части упомянутого резервуара снабжены соответственно вторым входом и вторым выходом для воды, второе впускное отверстие для воды снабжено вторым пневматическим клапаном, вторая поплавковая пластина расположена горизонтально внутри второго резервуара, при этом при этом ее диаметр соответствует внутреннему диаметру резервуара, второе измерительное устройство расположено вертикально на наружной стенке второго резервуара, второй клапан трубы подвода воды расположен на второй трубе подвода воды, вторая сливная труба снабжена вторым сливным клапаном, ко второму входу воды последовательно подключены первый выход воды, первая входная труба воды, соединительная труба и вторая сливная труба; второй выход воды, второй водозаборный патрубок, соединительный патрубок, первый сливной патрубок последовательно соединены с первым водоприемным патрубком.

Недостатком приведенных аналогов является их низкая функциональность, обусловленная тем, что заявленные в приведенных патентах устройства предназначены для измерения уровня жидкости в резервуарах и не могут быть использованы для поверки расходомеров.

Наиболее близким по технической сущности является УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ ЖИДКОСТИ [RU2246704C1, опубликовано: 20.02.2005], содержащая сообщенную с напорным резервуаром измерительную емкость с мерной камерой внутри нее, испытательный участок с поверяемым расходомером, соединительные трубопроводы и запорно-регулирующую арматуру, отличающаяся тем, что мерная камера нижней частью посредством трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой соединена соответственно с поверяемым расходомером и с верхней частью измерительной емкости на уровне ниже верхней кромки мерной камеры, на выходе мерной камеры расположен датчик уровня, соединенный с таймером.

Основной технической проблемой прототипа является низкая надежность установки и низкая точность проводимых измерений, обусловленные сложностью конструкции за счет наличия измерительной емкости, мерной камеры и промежуточной емкости, компенсирующей влияние изменений атмосферного давления на измерения. Кроме того, для термостабилизации мерной камеры она должна омываться с обеих сторон жидкостью, что дополнительно усложняет конструкцию установки. В качестве эталонных средств измерений в прототипе используется мерные объем и процесс поверки заключается в сравнении показания поверяемых и эталонных расходомеров (эталонных средств измерений) при протекании заданного объема жидкости.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков аналогов и прототипа.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности создания простого и надежного устройства для поверки расходомеров жидкости без применения эталонных расходомеров.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для поверки расходомеров жидкости, отличающееся тем, что содержит две сообщающиеся между собой емкости с жидкостью, каждая из емкостей содержит выход и вход для выпуска из них и впуска в них жидкости соответственно, выходы и входы емкостей снабжены клапанами, выходы емкостей магистралью, которая при этом снабжена насосом, соединены с входом поверяемого расходомера, выход поверяемого расходомера соединен магистралью с входами емкостей, при этом клапаны выполнены с возможностью открытия выхода из емкости подачи жидкость в поверяемый расходомер и входа в емкость слива жидкости из поверяемого расходомера и одновременно с этим перекрытия выхода емкости слива жидкости и входа емкости подачи жидкости и последующего открытия для перекачки жидкости в обратном направлении закрытых клапанов и перекрытия открытых клапанов образуя таким образом два попеременно работающих гидравлических тракта для жидкости, внутри, по крайней мере, одной емкости смонтирован поплавок, выполненный из материала с положительной плавучестью, соединенный с валом энкодера для пропорционального преобразования изменения объема жидкости в емкости при циркуляции ее из одной емкости через поверяемый расходомер в другую в сигнал, энкодер подключен к блоку управления.

В частности, емкости снабжены датчиками уровня с возможностью контроля заполнения и/или опустошения емкостей.

В частности, клапаны выполнены с возможностью управлениям ими сигналами с датчиков уровня.

В частности, поверяемый расходомер подключен к магистралям через измерительный стол.

В частности, насос выполнен с частотным регулированием для регулирования расхода.

В частности, магистраль, подключенная между поверяемым расходомером и входами емкостей снабжена датчиками давления и температуры, подключенными к блоку управления для корректировки фактического объема жидкости, протекающей через поверяемые расходомеры.

В частности, к блоку управления подключен АРМ оператора с возможностью управления устройством, осуществления контроля за параметрами устройства и поверяемыми расходомерами.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 схематично показано устройство для поверки расходомеров жидкости.

На фиг. 2 показана структурная схема блока управления.

На фигурах обозначено: 1 - емкости, 2 - клапаны, 3 - магистрали, 4 - датчики уровня, 5 - поплавки, 6 - трос, 7 - энкодер, 8 - поверяемые приборы, 9 - насос, 10 - регулятор расхода, 11 - измерительный стол, 12 - датчик давления, 13 - датчик температуры, 14 - распределитель, 15 - блок управления, 16 - модуль счетчиков и таймеров, 17 - модуль измерения токов и напряжений, 18 - модуль измерения токовых сигналов, 19 - АРМ оператора.

Осуществление изобретения.

Расходомер - это прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют расходомером-счетчиком.

Устройство для поверки расходомеров жидкости содержит две емкости 1. Каждая из емкостей 1 (см. Фиг. 1) содержит выход для выпуска из них жидкости и вход для впуска в них жидкости. В одном из вариантов реализации вход и выход емкости может быть снабжен соответственно впускным и выпускным патрубками (на фигурах не показаны). Далее в описании изобретения для понимания сущности технического решения применяются понятия впускной и выпускной патрубки. Выпускные патрубки емкостей 1 подключены общей магистралью 3 ко входу одного или нескольких последовательно установленных поверяемых приборов 8 (расходомеров), выход последнего из которых подключен к другой общей магистралью 3 к впускным патрубкам емкостей 1. Упомянутые магистрали 3 образуют замкнутый гидравлический тракт прокачки жидкости из одной емкости 1 через поверяемый прибор 8 во вторую емкость 1.

В одном из вариантов реализации, для повышения технологичности процесса поверки поверяемых приборов 8, магистраль 3 от выпускных патрубков емкостей 1 подключена ко входу измерительного стола 11, к выходу которого подключена магистраль 3, подключенная к впускным патрубкам емкостей 1. Измерительный стол 11 снабжен своими патрубками, к которым подключают поверяемые приборы 8.

Упомянутые выше магистрали 3 подключены к впускным и выпускным к патрубкам емкостей 1 с помощью клапанов 2 (кранов). Клапаны 2 могут быть выполнены в виде трехходовых кранов (распределителей), в этом случае к одному из таких клапанов 2 подключены впускные патрубки емкостей 1 и соответствующая им магистраль 3, а к другому клапану 2 подключены выпускные патрубки емкостей и соответствующая им магистраль 3. Магистраль 3, подключенная к выпускным патрубкам емкостей 1 снабжена насосом 9, выполненным с частотным управлением для задания расхода жидкости, для чего также может использоваться регулятор расхода 10, представляющий собой шаровый кран с электроприводом и обеспечивающий переменное сечение трубопровода. Клапаны 2 подключены к распределителю 14.

В магистрали 3, подключенной к впускным патрубкам емкостей 1 смонтированы датчики давления 12 и температуры 13. Упомянутые датчики 12, 13 выполнены с возможностью корректировки расчетов объема жидкости, протекающей через поверяемые приборы 8.

Внутри по крайней мере одной емкости 1 размещен поплавок 5 из материала с положительной плавучестью, соединенный гибким тросом 6 (показан штрихпунктирной линией) с валом энкодера 7, выполненным с возможностью преобразования величины траектории вертикального перемещения поплавка 5 в электрический сигнал (импульсы). С возможностью повышения технологичности процесса поверки поверяемых прибором 8 поплавки 5 размещены в обоих емкостях 1 и каждый из которых соединен с валом энкодера 7.

Емкости снабжены датчиками уровня 4, смонтированными в верхней и/или нижней части внутри каждой из емкости 1 с возможностью контроля заполнения и/или опустошения емкостей 1. Сигналы с датчиков уровня 4 через распределитель 14 обеспечивают переключение клапанов 2 таким образом, чтобы жидкость из заполненной емкости 1 перекачивалась в пустую емкость 1.

Энкодер 7, насос 9, регулятор расхода 10, датчики давления 12 и температуры 13, частотный преобразователь насоса 9 подключены к блоку управления 15. Блок управления 15 может быть выполнен в виде контроллера.

Блок управления 15 содержит подключенные параллельно к шине модуль счетчиков и таймеров 16 (см. Фиг. 2) с возможностью подсчета импульсов от энкодера 7 и импульсов от поверяемых приборов 8 за единицу времени, модуль измерения токов и напряжений 17 с возможностью подключения расходомеров с унифицированными выходными токовыми сигналами или напряжения, модуль измерения токовых сигналов 18 для измерения сигналов от датчиков давления 12 и температуры 13.

К блоку управления 15 подключен АРМ оператора 19, выполненный в виде ПЭВМ, сервера или мобильного устройства с возможностью управления устройством, осуществления контроля за параметрами устройства и поверяемыми приборами 8.

Устройство для поверки расходомеров жидкости используют следующим образом.

Перед началом работы к магистралям 3, подключенным к выпускным и впускным патрубкам емкостей 1 или к измерительному столу 11 подключают поверяемый (или несколько поверяемых приборов 8, а в одну из емкостей 1 наливают жидкость.

Жидкость наливают до уровня, при котором срабатывает датчик уровня 4 и через распределитель 14 открываются клапаны 2 таким образом, чтобы поток жидкости из наполненной емкости 1 через включенный насос поступал в пустую емкость 1. Циркуляция потока жидкости осуществляется по замкнутому гидравлическому тракту, в котором используется емкость 1 с жидкостью, клапан 2, насос 9, измерительный стол 11 с установленными поверяемыми расходомерами (приборами 8), регулятор расход 10, клапан 2, резервуар 1 без жидкости.

При перекачке жидкости из первой емкости 1 во вторую через поверяемый прибор 8 уровень жидкости в емкостях 1 меняется и поплавок 5 в первой емкости 1 с жидкостью перемещается вместе с уровнем жидкости и за счет соединения тросом 6 с валом энкодера 7, приводит его во вращение. В результате в энкодере 7 формируются электрические импульсы. Зная количество импульсов, вырабатываемых энкодером 7 за величину оборотов его вала, можно осуществить градуировку устройства и установить зависимость объема жидкости, перекачанной из одной емкости 1 в другую через поверяемый прибор 8 от количества импульсов, сформированных энкодером 7 при перемещении поплавка 5 внутри емкости 1. Импульсы с энкодера 7 поступают в модуль счетчиков и таймеров 16 блока управления 15. По общему количеству импульсов, сформированных энкодером 7, определяют объем жидкости, прошедшей через поверяемый прибор 8 по сформированным в нем импульсным электрическим сигналам (подсчет импульсов проводят с использованием модуля счетчиков и таймеров 16), при использовании аналоговых сигналов измерения тока или напряжения проводят с использованием модуля измерения токов и напряжений 17.

Вся полученная информация поступает на АРМ оператора 19, в котором выводят информацию о давлении и температуре жидкости, циркулирующей в устройстве и полученной с помощью датчиков давления 12 и температуры 13, преобразованной в электрический сигнал в модуле измерения токовых сигналов 18 блока управления 15, информацию об объеме прокачанной жидкости, пропорциональной изменению уровня жидкости в емкости 1 и соответственно положению поплавка 5, соединенным тросом 6 с энкодером 7 и электрическим сигналам, сформированным в энкодере 7 при вращении его вала вслед за изменением положения поплавка 5. По измеренным температуре и давлению жидкости АРМ оператора 19 корректируют фактическое значение объема прокачанной через поверяемый прибор 8 жидкости.

При опустошении первой емкости 1 (емкости подачи жидкости) и по мере заполнения второй емкости 1 (емкость слива жидкости) при прокачке жидкости через один или несколько поверяемых приборов 8 с одного из датчиков уровня 4 поступает сигнал об заполнении емкости 1. По поступлении сигнала с датчика 4 распределитель 14 меняют «положение» этих емкостей 1 путем переключения клапанов 2 таким образом, чтобы жидкость перекачивалась из наполненной емкости 1 в пустую. После наполнения жидкостью пустой емкости 1 срабатывает датчик уровня 4 и цикл повторяется.

Таким образом, технический результат - возможность создания простого и надежного устройства для поверки расходомеров жидкости без применения эталонных расходомеров достигнут за счет того, что обеспечена простота устройства за счет рационального выбора схемы устройства с минимальным числом элементов (узлов, агрегатов) для выполнения заданных показателей, а также отсутствием в конструкции устройства избыточных связей, которое содержит всего две емкости 1, сообщенные между собой через поверяемый прибор 8 гидравлическим трактом, состоящим всего из двух участков магистрали 3 снабженных клапанами 2 для попеременного открытия/закрытия входов и выходов емкостей 1 и обеспечения замкнутой циркуляции жидкости из одной емкости 1 в другую при пропускании ее через поверяемый прибор 8 как в одном, так и в другом направлении, при этом процесс проверки заключается в сравнении отображаемых на поверяемом приборе 8 показаниях объема прошедшей через него жидкости с результатами, полученными при пропорциональном преобразовании изменения объема жидкости в емкости 1 из которой осуществляют подачу жидкости на вход поверяемого прибора 8 в электрический сигнал с помощью энкодера 7, подключенного к блоку управления 15. Простота конструкции устройства является важным показателем его качества. За счет упрощения конструкции и легкой регулировки устройства обеспечивается его работоспособность и точность, так как простая конструкция работоспособнее и точнее, чем сложная и легче регулируется.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и устройства для измерения объема и объемного расхода жидкостей и может применяться для испытания или калибровки аппаратуры для измерения объема, расхода или уровня жидкости, или для измерения объемов дозами. Устройство содержит две сообщающиеся между собой емкости с жидкостью, каждая из емкостей содержит выход и вход для выпуска из них и впуска в них жидкости соответственно, выходы и входы емкостей снабжены клапанами, выходы емкостей магистралью, которая при этом снабжена насосом, соединены с входом поверяемого расходомера, выход поверяемого расходомера соединен магистралью с входами емкостей, при этом клапаны выполнены с возможностью открытия выхода из емкости подачи жидкость в поверяемый расходомер и входа в емкость слива жидкости из поверяемого расходомера и одновременно с этим перекрытия выхода емкости слива жидкости и входа емкости подачи жидкости и последующего открытия для перекачки жидкости в обратном направлении закрытых клапанов и перекрытия открытых клапанов, образуя таким образом два попеременно работающих гидравлических тракта для жидкости, внутри, по крайней мере, одной емкости смонтирован поплавок, выполненный из материала с положительной плавучестью, соединенный с валом энкодера для пропорционального преобразования изменения объема жидкости в емкости при циркуляции ее из одной емкости через поверяемый расходомер в другую в сигнал, энкодер подключен к блоку управления. Технический результат - обеспечение возможности создания простого и надежного устройства для поверки расходомеров жидкости без применения эталонных расходомеров. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для поверки расходомеров жидкости, отличающееся тем, что содержит две сообщающиеся между собой емкости с жидкостью, каждая из емкостей содержит выход и вход для выпуска из них и впуска в них жидкости соответственно, выходы и входы емкостей снабжены клапанами, выходы емкостей магистралью, которая при этом снабжена насосом, соединены с входом поверяемого расходомера, выход поверяемого расходомера соединен магистралью с входами емкостей, при этом клапаны выполнены с возможностью открытия выхода из емкости подачи жидкость в поверяемый расходомер и входа в емкость слива жидкости из поверяемого расходомера и одновременно с этим перекрытия выхода емкости слива жидкости и входа емкости подачи жидкости и последующего открытия для перекачки жидкости в обратном направлении закрытых клапанов и перекрытия открытых клапанов образуя таким образом два попеременно работающих гидравлических тракта для жидкости, внутри, по крайней мере, одной емкости смонтирован поплавок, выполненный из материала с положительной плавучестью, соединенный с валом энкодера для пропорционального преобразования изменения объема жидкости в емкости при циркуляции ее из одной емкости через поверяемый расходомер в другую в сигнал, энкодер подключен к блоку управления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкости снабжены датчиками уровня с возможностью контроля заполнения и/или опустошения емкостей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапаны выполнены с возможностью управлениям ими сигналами с датчиков уровня.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверяемый расходомер подключен к магистралям через измерительный стол.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насос выполнен с частотным регулированием для регулирования расхода.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магистраль, подключенная между поверяемым расходомером и входами емкостей снабжена датчиками давления и температуры, подключенными к блоку управления для корректировки фактического объема жидкости, протекающей через поверяемые расходомеры.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к блоку управления подключен АРМ оператора с возможностью управления устройством, осуществления контроля за параметрами устройства и поверяемыми расходомерами.