Способ имитационной поверки средств измерения и комплекс для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК G01D18/00 G01F25/10 G06F11/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к метрологии, и может быть применена для измерения электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке средств измерений (СИ), в том числе электромагнитных теплосчетчиков, электромагнитных счетчиков-расходомеров на месте эксплуатации без демонтажа первичных преобразователей расхода и остановки трубопроводов и работы узлов учета.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ поверки электромагнитных расходомеров (см. RU 2270420 C2, опубл. 20.02.2006), включающий размещение в магнитном поле первичного преобразователя электромагнитного расходомера индукционной катушки, интегрирование электрического напряжения на выходных клеммах катушки, наведенного магнитным полем первичного преобразователя, и определение значения электрического сигнала, а также подачу напряжения, выделяемого на сопротивлении, включенном последовательно в цепь питания катушек первичного преобразователя, на вход измерительного устройства электромагнитного расходомера. При этом напряжение, полученное в результате интегрирования, сравнивают с напряжением, указанным в паспортных данных первичного преобразователя и при необходимости производят регулировку величины напряжения до паспортного значения с помощью переменного резистора, на вход измерительного устройства электромагнитного преобразователя подводят напряжение через симметричный резисторный делитель напряжения, измеряют величины напряжения в точках измерения расхода и при необходимости проводят повторную регулировку измерительного устройства с помощью переменных резисторов.

Недостатками аналога являются низкие функциональные возможности, обусловленные возможностью использования способа только для электромагнитных расходомеров, а также малая автоматизация процесса, приводящая к снижению надежности и достоверности из-за наличия человеческого фактора при поверке средств измерения.

Также из уровня техники известен способ поверки электромагнитных расходомеров без съема с трубопровода (см. RU 2619832 C1, опубл. 18.05.2017), включающий подачу на вход измерительного устройства напряжения, сформированного резисторным делителем напряжения, подключенным к обмоткам возбуждения первичного преобразователя расхода. При этом резисторный делитель напряжения, постоянно подключенный к обмоткам возбуждения первичного преобразователя, запитывается от программно-управляемого источника, формирует сигналы, имитирующие расход, в измерительном аналого-цифровом преобразователе преобразуется в цифровой код, посредством коммутатора по определенному алгоритму цифровой код поступает в процессор, происходит сравнение с эталонным значением цифрового кода, предустановленным в памяти процессора при выпуске из производства. При отклонении текущих значений цифрового кода от пороговых значений эталонного выдается команда на коррекцию тока запитки обмоток возбуждения программно-управляемым источником тока. Процессор в режиме поверки выдает информацию в цифровом виде на индикатор о соответствии или несоответствии расходомера метрологическим характеристикам.

Недостатками аналога также являются низкие функциональные возможности, обусловленные возможностью использования способа только для электромагнитных расходомеров.

Из уровня техники известен имитационный способ поверки плотномеров поплавкового типа (см. RU 2730403 C1, опубл. 21.08.2020), заключающийся в измерениях плотности компаратора (жидкости), с помощью поверяемого поплавкового плотномера и эталонного плотномера, и определении абсолютной погрешности измерений плотности. При этом в качестве компаратора используется вода или другая жидкость без вредных, взрывоопасных и горючих свойств с плотностью выше диапазона измерений поверяемого плотномера. Перед измерением плотности на поплавок поверяемого плотномера в нижней его части закрепляются симметрично в диаметрально противоположных точках два груза определенной массы, обеспечивающие сдвиг шкалы диапазона измерений плотности поверяемого плотномера до значения плотности компаратора. Поверка производится при нормальном атмосферном давлении, после проведения поверки грузы с поплавка плотности снимаются.

Недостатками аналога являются низкие функциональные возможности, обусловленные возможностью использования способа только для плотномеров поплавкового типа, а также малая автоматизация процесса, приводящая к снижению надежности и достоверности из-за наличия человеческого фактора при поверке средств измерения.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ градуировки и поверки электромагнитных расходомеров (см. RU 2330246 C2, опубл. 27.07.2008), включающий размещение в магнитном поле первичного преобразователя электромагнитного расходомера индукционной катушки, интегрирование электрического напряжения на выходных клеммах катушки, наведенного магнитным полем первичного преобразователя, и определение значения электрического сигнала, а также подачу напряжения на вход измерительного устройства электромагнитного расходомера. При этом переменным расходомером Rп, входящим в состав первичного преобразователя расхода, устанавливают унифицированное, определенное экспериментально для каждого типоразмера первичных преобразователей расхода значение выходного сигнала, пропорциональное величине магнитной индукции, являющегося входным сигналом для измерительного преобразователя, вводят программным способом в измерительный преобразователь унифицированные для всех измерительных преобразователей градуировочные коэффициенты, определенные экспериментально, а поверка заключается в определении погрешности измерения в соответствующих точках расхода и при не соответствии погрешности измерения допустимой производится замена либо первичного преобразователя, либо измерительного устройства.

Недостатками аналога также являются низкие функциональные возможности, обусловленные возможностью использования способа только для электромагнитных расходомеров.

Технической задачей изобретения является преодоление недостатков существующего уровня техники.

При решении технической задачи изобретением достигается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей способа имитационной поверки средств измерения, дополнительными результатами могут быть повышение автоматизации, повышение надежности и достоверности поверки за счет исключения человеческого фактора.

Раскрытие сущности изобретения

Группа изобретений представляет собой способ имитационной поверки средств измерения и комплекс для его осуществления.

При этом способ имитационной поверки средств измерения (СИ) содержит:

а) имитацию и воспроизведение сигналов измерительных преобразователей - ИП, соответствующих типу измерительного канала - ИК поверяемого СИ;

б) подачу сигналов на измерительные входы электронных блоков - ЭБ поверяемых СИ;

в) сбор и обработку показаний поверяемых СИ;

г) сравнение полученных показаний поверяемых СИ со значениями воспроизводимых сигналов и вычисление погрешности;

д) определение погрешности поверяемых ИК поверяемого СИ;

е) сравнение значений погрешностей ИК с пределами допускаемых погрешностей для поверяемых каналов;

ж) формирование вывода о соответствии - если погрешность ИК укладывается в допускаемые пределы, или несоответствии поверяемых ИК метрологическим характеристикам;

при этом в качестве измерительных преобразователей используют ИП расхода, ИП температуры - термопреобразователей и термосопротивлений, ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом и сигналов «Старт-Стоп» для измерения значений электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке СИ;

а в зависимости от типа ИК поверяемого СИ воспроизводимые сигналы подаются на соответствующие измерительные входы ЭБ:

- при поверке ИК расхода - ИКР, сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения расхода, при этом подают электрическое напряжение, эквивалентное по своим параметрам электрическому напряжению, возникающему на электродах электромагнитного первичного преобразователя расхода - ППР при прохождении по трубопроводу потока измеряемой среды;

- при поверке ИК температуры и разности температур - ИКТ, сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения температуры и разности температур, при этом подают сигналы, имитирующие сигналы термопреобразователей - ТП и термосопротивлений - ТС путем воспроизведения значений электрического сопротивления, которые соответствует значению сопротивления имитируемых термопреобразователей в заданных точках температурного диапазона;

- при поверке ИК давления - ИКД, сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей давления - ПД с токовым выходом 0-20 мА, при этом подают аналоговые токовые сигналы, вырабатываемые контроллером путем цифроаналогового преобразования - ЦАП цифровых сигналов в аналоговые;

- при поверке ИК счета импульсов - ИКСИ, сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей с импульсным выходным сигналом, при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в пакеты импульсов с заданным числом импульсов и частотой следования импульсов;

- при поверке ИК измерения времени - ИКВ, сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения сигналов «Старт-Стоп», при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в сигнал 12 В постоянного тока с заданной длительностью.

Комплекс имитационной поверки СИ для осуществления вышеуказанного способа представляет собой программно-аппаратный комплекс, включающий: имитационную подсистему - ИПС, состоящую из набора имитаторов, выполненных в корпусе для переносного исполнения и системы кабелей, по которой передаются сигналы от имитаторов к поверяемым СИ,

при этом имитаторы, входящие в состав ИПС работают под управлением встроенного ПО, реализующего:

- функции градуировки и поверки имитаторов;

- передачи данных на ПК;

- цифрового управления характеристиками имитируемых сигналов, воспроизводимых имитаторами согласно командам, получаемым имитаторами по интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus или от органов ручного управления имитаторов;

при этом дополнительно содержит: управляющую подсистему - УС, сетевую подсистему - СПС, питающую подсистему - ПС;

а ПС представляет собой систему из одного или нескольких преобразователей электрической энергии - блоков питания - БП, поступающей из сети переменного тока, в энергию, предназначенную для питания аппаратной части всех подсистем комплекса, причем выходные параметры БП согласованы с характеристиками питания аппаратных компонент комплекса, а питание на компоненты комплекса для уменьшения сетевых помех передается через подсистему коммутации сигналов и питания - ПКС.

При этом имитаторы могут быть следующих 3 типов:

- имитаторы расхода;

- имитаторы термопреобразователей;

- имитаторы токовых и частотных сигналов.

Комплекс может дополнительно содержать измерительно-вычислительные блоки, предназначенные для контроля, поверки и калибровки имитаторов из состава комплекса.

СПС может состоять из одного или нескольких контроллеров, выполняющих функции трансляции пакетов команд от ПК к поверяемым СИ и имитаторам, а также системы кабелей, по которой передаются команды.

УС может состоять из рабочей станции, построенной на базе ПК с установленным сервисным программным обеспечением.

Краткое описание сопроводительных фигур

Сущность изобретения может быть дополнительно пояснена неограничивающими примерами, отраженными на фигурах 1-6, где:

фиг. 1 - пример состава комплекса имитационной поверки с имитаторами расхода;

фиг. 2 - пример состава комплекса имитационной поверки с имитаторами термопреобразователей;

фиг. 3 - пример состава комплекса имитационной поверки с имитаторами токовых и частотных сигналов;

фиг. 4 - пример общего вида комплекса имитационной поверки КИП-1-М и объединения модулей комплекса имитационной поверки в сеть;

фиг. 5 - пример структуры модулей комплекса имитационной поверки КИП-1-М;

фиг. 6 - пример общего вида комплекса имитационной поверки КИП-1-М в рабочем положении с подключенными для поверки электронными блоками теплосчетчика КМ-5.

Осуществление изобретения

Группа изобретений представляет собой способ имитационной поверки средств измерения и комплекс для его осуществления.

При этом способ имитационной поверки средств измерения (СИ) содержит:

а) имитацию и воспроизведение сигналов измерительных преобразователей (ИП), соответствующих типу измерительного канала (ИК) поверяемого СИ;

б) подачу сигналов на измерительные входы электронных блоков (далее - ЭБ) поверяемых СИ;

в) сбор и обработку показаний поверяемых СИ;

г) сравнение полученных показаний поверяемых СИ со значениями воспроизводимых сигналов и вычисление погрешности;

д) определение погрешности поверяемых измерительных каналов (ИК) поверяемого СИ;

е) сравнение значений погрешностей ИК с пределами допускаемых погрешностей для поверяемых каналов;

ж) формирование вывода о соответствии (соответствие - если погрешность ИК укладывается в допускаемые пределы) или несоответствии поверяемых ИК метрологическим харатеристикам;

при этом в качестве измерительных преобразователей используют ИП расхода, ИП температуры (термопреобразователей и термосопротивлений), ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом и сигналов «Старт-Стоп» для измерения значений электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке СИ;

а в зависимости от типа ИК поверяемого СИ воспроизводимые сигналы подаются на соответствующие измерительные входы ЭБ:

- при поверке ИК расхода (ИКР) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения расхода, при этом подают электрическое напряжение, эквивалентное по своим параметрам (форме сигнала, амплитуде, фазе, частоте) электрическому напряжению, возникающему на электродах электромагнитного первичного преобразователя расхода (далее - ППР) при прохождении по трубопроводу потока измеряемой среды;

- при поверке ИК температуры и разности температур (ИКТ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения температуры и разности температур, при этом подают сигналы, имитирующие сигналы термопреобразователей (ТП) и термосопротивлений (ТС) путем воспроизведения значений электрического сопротивления, которые соответствует значению сопротивления имитируемых термопреобразователей в заданных точках температурного диапазона;

- при поверке ИК давления (ИКД) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей давления (ПД) с токовым выходом 4-20 мА (0-20 мА), при этом подают аналоговые токовые сигналы, вырабатываемые контроллером путем цифроаналогового преобразования (ЦАП) цифровых сигналов в аналоговые;

- при поверке ИК счета импульсов (ИКСИ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей (в том числе водосчетчиков) с импульсным выходным сигналом, при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в пакеты импульсов с заданным числом импульсов (Nимп) и частотой следования импульсов (F);

- при поверке ИК измерения времени (ИКВ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения сигналов «Старт-Стоп», при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в сигнал 12 В постоянного тока с заданной длительностью Тсс.

При этом комплекс имитационной поверки СИ для осуществления вышеуказанного способа представляет собой программно-аппаратный комплекс, включающий: имитационную подсистему (ИПС), состоящую из набора имитаторов, выполненных в корпусе для переносного исполнения и системы кабелей, по которой передаются сигналы от имитаторов к поверяемым СИ,

при этом имитаторы, входящие в состав ИПС работают под управлением встроенного ПО, реализующего:

- функций градуировки и поверки имитаторов;

- передачи данных на ПК;

- цифрового управления характеристиками имитируемых сигналов, воспроизводимых имитаторами согласно командам, получаемым имитаторами по интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus или от органов ручного управления имитаторов;

при этом дополнительно содержит: управляющую подсистему (УС), сетевую подсистему (СПС), питающую подсистему (ПС);

а ПС представляет собой систему из одного или нескольких преобразователей электрической энергии (блоков питания или БП), поступающей из сети переменного тока, в энергию, предназначенную для питания аппаратной части всех подсистем КИП-1, причем выходные параметры БП согласованы с характеристиками питания аппаратных компонент КИП-1, а питание на компоненты КИП-1 для уменьшения сетевых помех передается через подсистему коммутации сигналов и питания (ПКС).

При этом имитаторы могут быть следующих 3 типов:

- имитаторы расхода ИР-1;

- имитаторы термопреобразователей ИТ-1;

- имитаторы токовых и частотных сигналов ИТЧС-1.

Кроме того, комплекс может дополнительно содержать измерительно-вычислительные блоки КИП-1-ИВБ, предназначенные для контроля, поверки и калибровки имитаторов из состава КИП-1.

СПС может состоять из одного или нескольких контроллеров, выполняющих функции трансляции пакетов команд от ПК к поверяемым СИ и имитаторам, а также системы кабелей, по которой передаются команды.

УС может состоять из рабочей станции, построенной на базе ПК с установленным сервисным программным обеспечением.

Рассмотрим неограничивающие примеры более подробно раскрывающие заявленную группу изобретений.

КИП-1 предназначены для воспроизведения сигналов измерительных преобразователей (далее - ИП) расхода, ИП температуры (термопреобразователей и термосопротивлений), ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом и сигналов «Старт-Стоп» для измерения значений электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке СИ.

Принцип действия комплексов при поверке СИ состоит в имитации и воспроизведении сигналов измерительных преобразователей (ИП), соответствующих типу измерительного канала (ИК) поверяемого СИ, подаче сигналов на измерительные входы электронных блоков (далее - ЭБ) поверяемых СИ, сборе и обработке показаний поверяемых СИ, сравнении полученных показаний поверяемых СИ со значениями воспроизводимых сигналов.

В зависимости от типа ИК поверяемого СИ воспроизводимые сигналы подаются на соответствующие измерительные входы ЭБ:

- при поверке ИК расхода (ИКР) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения расхода, при этом подают электрическое напряжение, эквивалентное по своим параметрам (форме сигнала, амплитуде, фазе, частоте) электрическому напряжению, возникающему на электродах электромагнитного первичного преобразователя расхода (далее - ППР) при прохождении по трубопроводу потока измеряемой среды;

- при поверке ИК температуры и разности температур (ИКТ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения температуры и разности температур, при этом подают сигналы, имитирующие сигналы термопреобразователей (ТП) и термосопротивлений (ТС) путем воспроизведения значений электрического сопротивления, которые соответствует значению сопротивления имитируемых термопреобразователей в заданных точках температурного диапазона;

- при поверке ИК давления (ИКД) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей давления (ПД) с токовым выходом 0-20 мА (или 4-20 мА), при этом подают аналоговые токовые сигналы, вырабатываемые контроллером путем цифроаналогового преобразования (ЦАП) цифровых сигналов в аналоговые;

- при поверке ИК счета импульсов (ИКСИ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей (в том числе водосчетчиков) с импульсным выходным сигналом, при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в пакеты импульсов с заданным числом импульсов (Nимп) и частотой следования импульсов (F);

- при поверке ИК измерения времени (ИКВ) сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения сигналов «Старт-Стоп», при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в сигнал 12 В постоянного тока с заданной длительностью Тсс.

Комплексы состоят из совокупности аппаратных и программных средств. КИП имеют в своем составе управляющую подсистему (УС), сетевую подсистему (СПС), имитационную подсистему (ИПС), питающую подсистему (ПС) в комплекте с дополнительными принадлежностями, входящими в состав комплекса как опции. В зависимости от модификации в состав комплексов может не входить управляющая, сетевая и питающая подсистемы.

В комплект КИП-1 в качестве дополнительных принадлежностей могут входить измерительно-вычислительные блоки КИП-1-ИВБ, предназначенные для контроля, поверки и калибровки имитаторов из состава КИП-1. В качестве КИП-1-ИВБ применяются специально откалиброванные электронные блоки теплосчетчиков КМ-5. КИП-1-ИВБ также используются для дополнительных функций самодиагностики КИП-1 (выявление метрологических отказов имитаторов).

ИПС состоит из набора имитаторов, выполненных в корпусе для переносного исполнения и системы кабелей, по которой передаются сигналы от имитаторов к поверяемым СИ. Имитаторы могут быть следующих 3 типов:

- имитаторы расхода ИР-1 (далее ИР-1);

- имитаторы термопреобразователей ИТ-1 (далее ИТ-1);

- имитаторы токовых и частотных сигналов ИТЧС-1 (далее ИТЧС-1).

В зависимости от модификации, исполнения и конфигурации КИП, количество и тип имитаторов, входящих в набор ИПС, может быть различным. В минимальной конфигурации в состав ИПС входит только один имитатор одного из трех типов (ИР-1, ИТ-1 или ИТЧС-1).

Имитаторы, входящие в состав ИПС работают под управлением встроенного ПО. Встроенное ПО, установленное в имитаторы предназначено для:

- реализации функций градуировки и поверки имитаторов;

- передачи данных на ПК;

- цифрового управления характеристиками имитируемых сигналов, воспроизводимых имитаторами согласно командам, получаемым имитаторами по интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus или от органов ручного управления имитаторов:

программное обеспечение ИР-1 обеспечивает возможность задания характеристик имитируемого сигнала ПП, соответствующего фиксированным значениям расхода (скорости) потока жидкости через ПП, а также направления потока;

программное обеспечение ИТ-1 обеспечивает возможность задания значений имитируемых температур в каналах Т1, Т2, Т3 и разности температур dT=Т1-Т2;

программное обеспечение ИТЧС-1 обеспечивает возможность задания значений воспроизводимых токов в каналах I1 и I2, значений числа импульсов Nимп в пакете импульсов и частоты следования импульсов F в каналах воспроизведения импульсных сигналов Имп.1 и Имп.2, а также значения длительности сигнала «Старт-Стоп».

СПС состоит из одного или нескольких контроллеров, выполняющих функции трансляции пакетов команд от ПК к поверяемым СИ и имитаторам, а также системы кабелей, по которой передаются команды.

Контроллеры, входящие в состав СПС работают под управлением встроенного ПО. Аппаратная часть контроллеров имеет часы и внутреннюю память для хранения параметров и архивных данных. Встроенное ПО, установленное в контроллеры предназначено для реализации функций:

- трансляция пакета по протоколу Modbus к имитаторам по сетевому адресу;

- трансляция пакета к поверяемым СИ в зависимости от сетевого адреса;

- хранение эталонной даты и времени для использования в задачах поверки и для обеспечения функции единого времени;

- автоопределение номеров поверяемых СИ.

УС состоит из рабочей станции, построенной на базе ПК с установленным сервисным программным обеспечением (ПО). ПК, входящие в состав управляющей системы, могут иметь различные исполнения - настольные ПК, мини-ПК (неттопы), ноутбуки, планшеты. ПК могут при необходимости комплектоваться клавиатурой, мышью, принтером, монитором и другими аксессуарами.

Сервисное ПО в составе УС управляет работой КИП-1, в автоматическом режиме собирает, обрабатывает и сравнивает полученные показания поверяемых СИ со значениями сигналов, воспроизводимых имитаторами. Управление сигналами имитаторов возможно как в диалоговом, так и в автоматическом режиме посредством подачи команд через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus. Сервисное ПО позволяет осуществлять поверку СИ, выполнять распечатку протоколов поверки и их архивирование, осуществлять автоматическую проверку работоспособности узлов и систем КИП-1, изменять конфигурацию комплексов и выполнять другие функции.

В зависимости от модификации, исполнения и конфигурации комплексы могут работать как под управлением ПК, входящего в состав УС, так и в ручном режиме управления.

Комплексы КИП-1 выпускаются в следующих исполнениях:

- комплексы в минимальной конфигурации, выпускаемые как конструктивно законченные изделия в портативном исполнении, представляющие собой миникомплексы-имитаторы трех типов, предназначенные для воспроизведения сигналов: расхода (КИП-1-ИР), температуры (КИП-1-ИТ), токовых и частотных сигналов (КИП-1-ИТЧС);

- мобильные автоматизированные комплексы имитационной поверки КИП-1-М, выпускаемые как конструктивно законченное изделие и состоящее из одного или нескольких модулей в переносном исполнении;

- комплексы, выпускаемые как проектно-компонуемое изделие КИП-1-К, имеющие в своем составе в зависимости от модификации различное количество имитаторов и контроллеров в составе подсистем ИПС и СПС.

КИП-1-ИР (см. фиг. 1) имеет следующий состав:

• имитатор расхода ИР-1;

• платформа подключения ИР-1-П - для подключения эталонных средств измерения при поверке имитатора ИР-1;

• кабель ИР-ПП - для подключения к ЭБ поверяемых приборов;

• автоматический преобразователь интерфейса АПИ-USB/RS485, опция по заказу;

• адаптер питания и связи ИР-АПС - для подключения питания и цифрового управления по интерфейсу RS-485.

КИП-1-ИТ (см. фиг. 2) имеет в своем составе:

• имитатор термопреобразователей ИТ-1;

• платформа подключения ИТ-1-П - для подключения эталонных средств измерения при поверке имитатора и для подключения поверяемых СИ;

• разъемный клеммник - для подключения питания и цифрового управления по интерфейсу RS-485;

• блок питания (БП) 12 В с кабелем и разъемным клеммником, опция по заказу;

• автоматический преобразователь интерфейса АПИ-USB/RS485, опция по заказу.

КИП-1-ИТЧС (см. фиг. 3) имеет в своем составе:

• имитатор токовых и частотных сигналов ИТЧС-1;

• платформы подключения ИТЧС-1-П - для подключения эталонных средств измерения при поверке имитатора и для подключения поверяемых СИ;

• разъемный клеммник - для подключения питания и цифрового управления по интерфейсу RS-485;

• блок питания (БП) 12 В с кабелем и разъемным клеммником, опция по заказу;

• автоматический преобразователь интерфейса АПИ-USB/RS485, опция по заказу.

КИП-1-М является конструктивно законченным модульным изделием. Каждый модуль выполнен в корпусе для переносного исполнения - защитном кейсе (чемодане).

Общий вид модуля КИП-1-М в транспортном (сложенном) положении показан на фиг. 4 слева.

Если в составе КИП-1-М содержится несколько модулей, один из них конфигурируется как ведущий (master) остальные - как ведомые (slave). В состав ведущего модуля входит ПК с установленным ПО «КИП-Мастер», в состав ведомых модулей ПК не входит. Модули объединяются в сеть по интерфейсу RS-485 и представляют собой единый программно-измерительный комплекс, при этом ведущий модуль осуществляет управление ведомыми (см. фиг.4).

Каждый модуль КИП-1-М имеет в своем составе контроллер и два поверочных контура, предназначенных для независимой поверки двух СИ. В состав каждого поверочного контура входит один имитатор ИР-1, один имитатор ИТ-1 и один имитатор ИТЧС-1. Имитаторы и поверяемые СИ подключены к контроллеру по закрытым внутренним коммуникационным каналам RS-485, образуя внутреннюю сеть. В свою очередь контроллеры ведущего и ведомых модулей КИП-1-М подключаются к внешней сети RS-485 (см. фиг.5).

Внутреннее пространство КИП-1-М делится рабочей панелью (РП) на 2 зоны: поверочную (верхняя зона между крышкой кейса и РП) и служебную (нижняя зона под РП).

В служебной зоне размещены имитаторы, система коммуникаций сигналов, контроллер, блоки питания. Там же может располагаться системный блок мини-ПК (если в комплект ведущего КИП-1-М входит не планшет, а мини-ПК).

В поверочной зоне, на верхней поверхности рабочей панели расположены элементы индикации, разъемы для подключения поверяемых СИ, разъемы для подключения персонального компьютера (USB) и разъемы RS-485 для объединения ведущего модуля КИП-1-М с ведомыми. На верхней поверхности рабочей панели имеется место для размещения поверяемых приборов, планшета (ноутбука) или клавиатуры (см. Рис. 6). Если в комплект ведущего модуля КИП-1-М входит мини-ПК, монитор ПК может крепиться к внутренней поверхности крышки кейса.

КИП-1-К являются проектно-компонуемыми, программно-конфигурируемыми изделиями, которые проектируются для конкретных объектов и принимаются как законченные изделия непосредственно на объектах эксплуатации. Конкретное исполнение КИП-1-К, в том числе количество и тип имитаторов, алгоритмы обработки результатов измерений и вычислений, определяются рабочим проектом на комплексы.

КИП-1-К конструктивно выполнены из соединенных согласно требуемой конфигурации:

- имитаторов расхода ИР-1;

- имитаторов термопреобразователей ИТ-1;

- имитаторов токовых и частотных сигналов ИТЧС-1;

- управляющих контроллеров;

- индикаторных панелей;

- панелей с разъемами для подключения поверяемых СИ;

- блоков питания;

- персональных компьютеров (ПК).

Схема пломбирования имитаторов ИР-1, ИТ-1 и ИТЧС-1 показана на фиг. 1, 2 и 3. Пломбирование остальных составных частей и компонентов КИП-1 не предусмотрено.

Программное обеспечение комплексов КИП-1 функционально разделено на две группы:

- встроенное системное ПО (далее СПО), устанавливаемое в имитаторы и контроллеры;

- сервисное ПО, устанавливаемое на персональный компьютер.

Встроенное СПО устанавливается в энергонезависимую память имитаторов и контроллеров при выпуске в производственном цикле на заводе-изготовителе.

Встроенное СПО контроллеров является метрологически незначимым.

Встроенное СПО имитаторов ИР-1, ИТ-1 и ИТЧВ-1 является метрологически значимым. Разделения СПО имитаторов на метрологически значимую и метрологически незначимую части нет, все СПО имитаторов является метрологически значимым. В процессе эксплуатации изменение встроенного СПО имитаторов невозможно, так как встроенная энергонезависимая память имеет защиту от чтения и записи.

Метрологические характеристики комплексов нормированы с учетом влияния встроенного СПО имитаторов. Уровень защиты встроенного СПО имитаторов «высокий» в соответствии с Р 50.2.077- 2014.

Сервисное ПО является автономным (функционирующим на базе персонального компьютера).

Функции сервисного программного обеспечения: конфигурирование комплексов, сбор, отображение и регистрирование информации со средств измерений в ходе проведения поверок, выполнения математической обработки результатов измерений, генерация отчетов о результатах проведения градуировок и поверок КИП-1, проведения поверок средств измерений, а также управление системой сбора и обработки информации.

Сервисное ПО включает в себя пакет программных приложений для рабочих станций, объединенных программной оболочкой «КИП-Мастер».

Сервисное ПО разделено на:

- метрологически значимую часть;

- метрологически незначимую часть.

Разделение программного обеспечения выполнено внутри кода ПО на уровне языка программирования. К метрологически значимой части ПО относятся:

- программные модули, принимающие участие в обработке (расчетах) результатов измерений или влияющие на них;

- программные модули, осуществляющие сбор и представление измерительной информации, ее хранение, передачу, идентификацию, защиту ПО и данных;

- параметры ПО, участвующие в вычислениях и влияющие на результат измерений;

- компоненты защищенного интерфейса (протокола обмена) для обмена данными между метрологически значимой и незначимой частями ПО.

В процессе эксплуатации изменение конфигурации системы посредством сервисного ПО защищено паролем.

Недопустимое влияние на метрологически значимую часть ПО комплекса через интерфейс пользователя и интерфейс связи с средствами измерений отсутствует. Программное обеспечение комплекса не оказывает влияния на метрологические характеристики средств измерений.

Уровень защиты встроенного системного ПО «высокий» в соответствии с Р 50.2.077- 2014.

Примененные специальные средства защиты в достаточной мере исключают возможность несанкционированной модификации, обновления (загрузки), удаления и иных преднамеренных изменений метрологически значимой части ПО и измеренных (вычисленных) данных.

Метрологические и технические характеристики

Таблица 1 -Технические характеристики имитаторов и контроллеров.

Наименование характеристики Значение Напряжение питания постоянного тока, В 12 Ток в расчете на один имитатор или контроллер, мА, не более 200 Масса, кг, не более 0,35 Габаритные размеры имитаторов, мм, не более:
- длина
- ширина
- высота 130
85
30 Категория защиты IP 40 Средняя наработка на отказ, ч, не менее 20000 Средний срок службы, лет, не менее 12 Условия эксплуатации:
- температура окружающего воздуха, °С
- относительная влажность при 35°С и более низких температурах без конденсации влаги, %
- атмосферное давление, кПа от +10 до +55
до 85
от 66 до 106,7

Таблица 2 - Метрологические и технические характеристики ИР-1.

Наименование характеристики Значение в зависимости от модификации имитатора расхода ИР-1-1 ИР-1-2 ИР-1-3 Диапазон воспроизводимых значений 1)
сигнала Xi = U/I, мВ/А
где I - ток возбуждения индуктора (катушки) ППР, поступающий от поверяемого СИ, U - напряжение на выходе ИР-1,подаваемое на вход канала измерения расхода поверяемого СИ. от 0,03 2) до 5,7 3) от 0,007 2) до 5,7 3) от 0,005 2) до 5,7 3) Количество воспроизводимых фиксированных значений сигнала Gi 4 5 22 Пределы допускаемой относительной погрешности при воспроизведении Xi, % ±0,33 ±0,33 ±0,33 Пределы допускаемой абсолютной погрешности при воспроизведении Xi, мВ/А 0.0002+0.0033⋅Xi Значение тока возбуждения, мА От 125 до 350 Примечания;
1). Численные значения воспроизводимых фиксированных сигнала Xi для каждого экземпляра имитатора определяются при калибровке ИР-1, хранятся в его энергонезависимой памяти и указаны в паспорте.
2). Приведено ориентировочное значение. Точное минимальное значение воспроизводимого сигнала Xi для каждого экземпляра имитатора хранятся в его энергонезависимой памяти и указаны в паспорте.
3). Приведено ориентировочное значение. Точное максимальное значение воспроизводимого сигнала Xi для каждого экземпляра имитатора хранятся в его энергонезависимой памяти и указаны в паспорте.

Таблица 3 - Метрологические и технические характеристики ИТ-1.

Наименование характеристики Значение Пределы допускаемой абсолютной погрешности при воспроизведении Т1, Т2 и Т3, °С ±(0,05 + 0,00005⋅T) Пределы допускаемой абсолютной погрешности при воспроизведении разности температур dT =Т1- Т2, °С ±(0,013 + 0,0007⋅dT)

Таблица 4 - Метрологические и технические характеристики ИТЧС-1.

Наименование характеристики Значение Диапазон воспроизведения тока I1, I2, мА 4 - 20 мА Пределы допускаемой абсолютной погрешности воспроизведения тока I1, I2, мА 0,1 мА Частота пачки импульсов, Гц 50, 100 Количество импульсов в пачке 10 000 Пределы допускаемой абсолютной погрешности воспроизведения количества импульсов при 10000 импульсах в пачке ±1 Длительность сигнала Старт-Стоп, сек 100,200,300 Пределы допускаемой относительной погрешности сигнала Старт-Стоп, % 0.015

Таким образом, изобретение позволяет преодолеть недостатки существующего уровня техники, расширить функциональные возможности способа имитационной поверки средств измерения, а также дополнительно повысить автоматизацию, повысить надежность и достоверность поверки за счет исключения человеческого фактора.

Поиск по общедоступным источникам информации показал, что из уровня техники не известна и явным образом не следует вся совокупность признаков предложенной группы изобретений, в связи с чем группа изобретений соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявленная группа изобретений состоит из стандартных для этой области техники элементов, взаимосвязанных определенным образом, то есть может быть использована в промышленности, ввиду чего изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления предлагаемой группы изобретений, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты их реализации. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей группы изобретений, следует считать защищенными настоящим изобретением в объеме прилагаемой формулы.

Группа изобретений относится к метрологии, к области измерения электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке средств измерений. Способ имитационной поверки средств измерения - СИ посредством комплекса содержит: а) имитацию и воспроизведение сигналов измерительных преобразователей - ИП, соответствующих типу измерительного канала - ИК поверяемого СИ; б) подачу сигналов на измерительные входы электронных блоков - ЭБ поверяемых СИ; в) сбор и обработку показаний поверяемых СИ; г) сравнение полученных показаний поверяемых СИ со значениями воспроизводимых сигналов и вычисление погрешности; д) определение погрешности поверяемых ИК поверяемого СИ; е) сравнение значений погрешностей ИК с пределами для поверяемых каналов; ж) формирование вывода о соответствии. В качестве измерительных преобразователей используют ИП расхода, ИП температуры - термопреобразователей и термосопротивлений, ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом для контроля метрологических характеристик при поверке СИ. В зависимости от типа ИК воспроизводимые сигналы подаются на соответствующие измерительные входы ЭБ. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа имитационной поверки средств измерения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

1. Способ имитационной поверки средств измерения - СИ, содержащий:

а) имитацию и воспроизведение сигналов измерительных преобразователей - ИП, соответствующих типу измерительного канала - ИК поверяемого СИ;

б) подачу сигналов на измерительные входы электронных блоков - ЭБ поверяемых СИ;

в) сбор и обработку показаний поверяемых СИ;

г) сравнение полученных показаний поверяемых СИ со значениями воспроизводимых сигналов и вычисление погрешности;

д) определение погрешности поверяемых ИК поверяемого СИ;

е) сравнение значений погрешностей ИК с пределами допускаемых погрешностей для поверяемых каналов;

ж) формирование вывода о соответствии - если погрешность ИК укладывается в допускаемые пределы, или несоответствии поверяемых ИК метрологическим характеристикам;

з) реализацию функций градуировки и поверки имитаторов;

при этом в качестве имитации измерительных преобразователей используют ИП расхода, ИП температуры - термопреобразователей и термосопротивлений, ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом и сигналов «Старт-Стоп» для измерения значений электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке СИ;

а в зависимости от типа ИК поверяемого СИ воспроизводимые сигналы подаются на соответствующие измерительные входы ЭБ следующим образом:

- при поверке ИК расхода – ИКР сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения расхода, при этом подают электрическое напряжение, эквивалентное по своим параметрам электрическому напряжению, возникающему на электродах электромагнитного первичного преобразователя расхода - ППР при прохождении по трубопроводу потока измеряемой среды;

- при поверке ИК температуры и разности температур – ИКТ сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для измерения температуры и разности температур, при этом подают сигналы, имитирующие сигналы термопреобразователей - ТП и термосопротивлений - ТС путем воспроизведения значений электрического сопротивления, которые соответствуют значению сопротивления имитируемых термопреобразователей в заданных точках температурного диапазона;

- при поверке ИК давления – ИКД сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей давления - ПД с токовым выходом 0-20 мА, при этом подают аналоговые токовые сигналы, вырабатываемые контроллером путем цифроаналогового преобразования - ЦАП цифровых сигналов в аналоговые;

- при поверке ИК счета импульсов – ИКСИ сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения измерительных преобразователей с импульсным выходным сигналом, при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в пакеты импульсов с заданным числом импульсов и частотой следования импульсов;

- при поверке ИК измерения времени – ИКВ сигналы подаются на входы ЭБ, предназначенные для подключения сигналов «Старт-Стоп», при этом подают сигналы, вырабатываемые контроллером путем преобразования цифровых сигналов в сигнал 12 В постоянного тока с заданной длительностью.

2. Комплекс имитационной поверки СИ для осуществления способа имитационной поверки средств измерения – СИ по п.1, представляющий собой программно-аппаратный комплекс, включающий: имитационную подсистему - ИПС, состоящую из набора имитаторов измерительных преобразователей, а именно: имитаторов расхода, имитаторов термопреобразователей, имитаторов токовых и частотных сигналов, имитирующих сигналы ИП расхода, ИП температуры - термопреобразователей и термосопротивлений, ИП давления с токовым выходом, ИП объема с импульсным выходом и сигналов «Старт-Стоп» для измерения значений электрических параметров и контроля метрологических характеристик при поверке СИ, которые выполнены в корпусе для переносного исполнения, и системы кабелей, по которой передаются сигналы от имитаторов к поверяемым СИ,

при этом имитаторы, входящие в состав ИПС, работают под управлением встроенного ПО, реализующего:

- функции градуировки и поверки имитаторов;

- передачи данных на ПК;

- цифрового управления характеристиками имитируемых сигналов, воспроизводимых имитаторами согласно командам, получаемым имитаторами по интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus или от органов ручного управления имитаторов;

при этом комплекс дополнительно содержит: управляющую подсистему - УС, сетевую подсистему - СПС, питающую подсистему - ПС;

а ПС представляет собой систему из одного или нескольких преобразователей электрической энергии - блоков питания - БП, поступающей из сети переменного тока, в энергию, предназначенную для питания аппаратной части всех подсистем комплекса, причем выходные параметры БП согласованы с характеристиками питания аппаратных компонент комплекса, а питание на компоненты комплекса для уменьшения сетевых помех передается через подсистему коммутации сигналов и питания – ПКС.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит измерительно-вычислительные блоки, предназначенные для контроля, поверки и калибровки имитаторов из состава комплекса.

4. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что СПС состоит из одного или нескольких контроллеров, выполняющих функции трансляции пакетов команд от ПК к поверяемым СИ и имитаторам, а также системы кабелей, по которой передаются команды.

5. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что УС состоит из рабочей станции, построенной на базе ПК с установленным сервисным программным обеспечением.