Устройство для измерения герметичности полых изделий Советский патент 1987 года по МПК G01M3/26 

содержит двухполостной измерительный блок 4 с емкостным 8 и индуктивным 12 датчиками перемещения мембраны 5, Полость 6 блока 4 соединена с источником 1 избыточного давления,, а полость 7 - с изделием 3„ Генератор 10 переменного напряжения последовательно соединен с датчиками 8 и 12, Балластный резистор 11 соединен последовательно с датчиками 8 и 12. Выпрямитель 16 своими входами параллельно соединен с балластным резистором 11, а выходами - с первыми входами блоков 18,19 выборки-хранения, выходы которых соедине1-Ш1 с входом вычитающего блока 22, выход которого соединен с измерительным прибором 40, Выходы задатчика 23 времени соединены с вторыми входами блоков 18,19 выбор1

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю герметичности изделий путем регистрадии изменения в нем давления контрольной среды.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения определения степени негерметичности к проведение испытания при любом исходном давлении п изделии.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - схема блоха обработки полезного cигнaJ aJнa. фиГоЗ - схемазадатчика времени; на фиг.4 - временная диаграмма напряжений на выходах элементов блока обработки полезного си1Ч1ала,

Устройство для измерения герметичности полых изделий содержит источник 1 избь точного давления, соеди через (Утсечной клапан 2 с испытуемым изделием 3, двухполостной измерительный блок 4 с мембраной 5, одна полость 6 которого пневматически связана с источником 1 избыточного давления, а другая полость 7 - с изделием 3. Емкостный датчик 8 пе-р мещения мембраны 5 установлен в полости 7 измерительного блока 4, В электрическую цепь 9 емкостного датчика 8 включен генератор 10 перр.менки-хранения. В задатчике 23 времени имеется переменный резистор 44, После создания избыточного давления в изделии 3 и в обеих полостях 6,7 блока 4 последние разобщают. При наличии утечки мембрана 5 перемещается, в результате чего появляется напряжение на балластном резисторе 11, величина которого попеременно фиксируется блоками 18, 19 выборки-хранения „ Время открытия блоков 18 и 19 определяется задатчиком 23 времени. Блок 22 вычитает запомненные сигналы с блоков 18 и 19 и выдает на измерительном приборе 40 величину негерметичности Переменным резистором 44 производится настройка интервала переключения блоков 18,19, 2 з.п, ф-лы, 4 ил.

ыого напряжения. Балластный резистор 1 предназначен для преобразования . тока измерительной депи 9 в напряжение и включен в электрическую цепь 9

;оследовательно с емкостным и индуктивным датчиками 8 и 12. Последний закреплен на мембране 5 и выполнен Б виде катушки 13 на тороидальном ферритором сердечнике 14 и неподвиж- ного постоянного магнита 15, взаимодействующего с катушкой 13. Балластный резистор 11 включен последовательно в электрическую цепь 9 и электрически связан с входом выпрямителя

16, выход которого связан с входом блока 17 обработки полезного сигнала, состоящего из двух блоков 18, 19 выборки-хранения, поочередно осуществляющих выборку, запоминание на емкостях 20,21, преобразование входного полезного сигнала в сигнал ступенчатой формы и подачу его с их выходок па входы вычитающего блока 22 мгттовенных значений напряжения полезного сигнала. Блоки 18,19 выборки- храпения имеют обпшй информационный выход, связанньш с выходами задатчика 23 времени, формирующего измерительные интервалы времени, управляющие работой блоков 18,19 выборки- Х}эанения при помоьци поочередного отпирания транзисторных ключей 24,25

3

на полевых транзисторах КП 305, установленных на их входах и соединяющих их с выходом выпрямителя 16, подающих сигнал на запоминающие емкости 20,21. Последние установлены на входах буферных усилителей 26,27, с высоким входным и низким выходным импедансом, выполненных на операционных усилителях типа К 140 УД8, осуществляющих согласование и передачу мгновенных значений запомненного сигнала с их выходов на входы вычитающего блока 22.

Вычитающий блок 22 состоит из вып рямительного управляемого двухвходо- вого источника тока на двух операционых усилителях 28, 29 типа К 140УД7, на неинвертируюш,ие входы которых подаются сигналы с выходов блоков 18,19 выборки-хранения, двух полевых транзисторов 30,31 типа КП 305 и диодов 32, 33 типа КД502, включенных в цепь обратной связи операционшзтх усилителей 28,29. Стоки полевых транзисторов 30,31 объединены и подключены к входу сдвигающего уровень преобразовтеля напряжение-ток, выполненного на операционном усилителе 34 типа К140УД7. Резисторы 35 - 37 образуют отрицательную обратную связь. Делитель напряжения на резисторах 38,39 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 34, выходное напряжение которого подается на измерительный прибор 40, отображаюпщй численное значение измеряемой величины степени герметичности.

Задатчик 21 времени состоит из трех логических элементов И-ЫЕ 41- 43 типа К155 ЛАЗ, соединенных последовательно друг с другом и охваченных положительной обратной связью, а частото-задающая цепь составлена из переменного резистора 44, при помощи которого регулируется измерительный интервал преобразований и емкости 45. С выхода элемента И-НЕ 43 импульсы поступают на вход двухфазного распределителя 46, выполненного на D-триггере 47 типа К155ТМ2 и двух логических элементах И-НЕ 48,49, выходы которых и один D-вход соединен с входами двух логических элементов Н-НЕ 48,49 типа К155 ЛАЗ, образующих схему совпадения, а с их выходов, связанных с затворами полевых транзисторов , 25 поочередно передаются управляющие импульсы с периодом Т

следования и интервалом Т сдвига, управляющие режимами работы блоков 18,19 выборки-хранениям.

Степень герметичности связана с параметрами газа в измерительной полости 6 следующим соотношением:

V

bt

где P - давление в измерительной полости 6 измеоительного блока 4;

V - объем измерительной полости 6, W - изменение объема измерительной полости 6, обусловленное наличием утечки в испытываемом изделии 3;

ДР - изменение давления в измерительной полости 6; измерительный инт ервал. Поскольку

лН

дУ F uh, а

где F

ар К.

F

площадь мембраны 5 измерительного блока 4; u.h - смещение мембраны 5; К - коэффициент жесткости мембраны 5,

то величина степени герметичности пропорциональна перемещению мембраны 5 за период измерительного интервала времени, т.е.

лЬ + VK. I (

7

VK, , + ) h

ig 0

5

0

6

или дЬ,

где Кп - коэффициент пропорциональности

к, (р. р- р) 1Перемещение мембраны 5 в свою очередь пропорционально напряжению полезного сигнала на балластном резисторе 1, т.е.

- и„,

где и - напряжение полезного сигнала, снимаемого с балластного резистора 1I, соответствующее данном смещению uh мембраны 5,;

и - остаточное напряжение, соответствующее среднему положению мембраны 5, когда

Kg - коэффициент пропорциональности преобразования датчиком смещения дЬ в электрический сигнал .

Пусть приращение перемещения за измерительный интервал п-го порядка

h h , тогда следовательно

лЬ К (и -и ..

(.,

или 0.

где К К

(

п + 1

к - коэффициент пропорциональности;(1 - величина утечки п-го

п

измерительного интервала.

Устройство работает следующим образом.

В изделие 3 от источника 1 избыточного давления через отсечной клапан 2 подается испытательное давление, отсечной клапан 2 перекрывается Вследствие наличия утечек в изделии

5 кого значения полезного сигнала бло ком 18 выборки-хранения. По истечении действия управляющего импульса транзисторный ключ 24 запирается, отсекая тем самым от выхода выпрями

0 теля 16 емкость 20 с запомненным полезным сигналом. Происходит про-т цесс хранения мгновенного значения выбранного полезного сигнала и пере дача его -буферным усилителем 26 на

15 вход вычитающего блока 22.

По истечении интервала t времени измерения, равного 1/2 периода след вания управляющих импульсов на выходе, электрически связанном с зат3 давление в пневматически связанной вором полевого транзисторного ключа

25 задатчика 23 времени, формируется следующий управляющий импульс,

с ним полости 7 двухполостного измерительного блока 4 уменьшается, и мембрана 5 начинает,смещаться в сторону меньшего давления, причем скорость смещения прямопропорциональна величине утечки. Смещение мембра:ны 5 вызовет увеличению емкости датчика 8 и уменьшение индуктивности датчика 12, что приведет к монотонному возрастанию тока в электрической цепи 9 и падению напряжения на балластном резисторе 11, включенному после- дователь но в цепь индуктивного и емкостного датчиков 12 и 8, С балластного резистора 11 полезный сигнал . поступает на вход выпрямителя 16, где происходит выпрямление полезного сигнала. Управление работой блока 17 обработки полезного сигнала осуществляется поочередной подачей прямоугольных импульсов, сдвинутых по

1

времени на величину -- т с выходо

озадатчика 23 времени на затвбры тран зисторных ключей 24,25, управляющих режимом работы блоков 18,19 выборки- хранения. С целью уменьшения времени выборки полезного сигнала скважность управляющих импульсов взята не менее 200,

Блок 17 обработки полезного сигнала работает следующим образом.

При поступлении управляюшего км- пульса с выхода задатчика 23 времени на затвор ключа 24 происходит его отпирание и запоминающая емкость 20 заряжается до напряжения полезкого

сигнала U,-, которое присутствует на выходе выпрямителя 16 в момент действия данного управляющего импульса. Происходит процесс выборки мгновенкого значения полезного сигнала блоком 18 выборки-хранения. По истечении действия управляющего импульса транзисторный ключ 24 запирается, отсекая тем самым от выхода выпрямителя 16 емкость 20 с запомненным полезным сигналом. Происходит про-т цесс хранения мгновенного значения выбранного полезного сигнала и передача его -буферным усилителем 26 на

вход вычитающего блока 22.

По истечении интервала t времени измерения, равного 1/2 периода следования управляющих импульсов на выходе, электрически связанном с зат вором полевого транзисторного ключа

45

25 задатчика 23 времени, формируется следующий управляющий импульс,

который отпирает транзисторный ключ 25, тем самым осуществляя выборку 25 полезного сигнала на запоминающую

емкость 21 блока 19 выборки-хранения По окончании действия управляющего .импульса транзисторный ключ 25 за- ш- рается и блок 19 выборки-хранения 30 пефеходит в режим запоминания и передачи мгновенного значения выбранного полезного сигнала U на другой выход вычитающего блока 22, где он вычитается из :предыдущего, 5 Таким образом, напряжение на выходе вычитающего блока 22 равно U (и, -и 2),

где мгновенное значение полезного сигнала, соответствующее 40 первому управляющему импульсу;

и - мгновенное значение полезног сигнала, соответствующее второму управляющему импульсу. Следующий управляющий импульс пос тупает снова с выхода задатчика 23 времени на затвор транзисторного ключа 24, сбрасывая- предыдущий запомненный сигнал и, а вместо него

50 выбирая и запоминая текущий Uд. Осу т;ествляется процесс выборки, .запоминания и передачи сигнала U на вход вычитающего блока 22, напряжение на выходе которого равно U, -(- g

55 Таким образом осуществляется преобразование монотонно возрастающего входного сигнала на информационном входе блоков 18,19 выборки-хранения в два сигнала ступенчатой формы, их

7

подачи на выходы вычитающего блока 22, осуществляющего их вычитание, т.е. реализуется периодический и непрерывный процесс вычиатния мгновенной величины текущего сигнала из запомненного предыдущего, а напряжение на выход блока 17 обработки полезного сигнала

и

(-и..1

).

где и

и

п + 1

мгновенное значение величины полезного .сигнала, соответствующее п-му по счету управляющему импульсу; мгновенное значение величины полезного сигнала, соответствующее п+1 управляющему импульсу.

Для получения выходного напряжения и с с блока 17 обработки полезно- го сигнала положительной полярности, вычитающий блок 22 выполнен по схеме дифференциального выпрямителя, работающего следующим образом.

Если напряжение на входах вычитаю- 25 кого сигнала с индуктивного и емщего блока 22 U, Ug, положительный ток обратной связи протекает через транзистор 30 и диод 33.

Операционный усилитель 29 работает как неинвертирующий повторитель, а ток на нем равен 1 (U -Ц )/Вз9 где R3J - сопротивление резистора 39.

Ток 1 поступает в цепь неинвертирующего входа усилителя 34, и выходное напряжение U. становится равно IQ Rjg , где - сопротивление резистора 39.

Если и и2 через транзистор 31 и диод 32 протекает ток 1 и Uc

ос ,(i

Таким образом, в цепь инвертирующего входа операционного усилителя 34 всегда подается ток, соответствующий положительному сигналу, а поэтому Ut Rja(Ui -112.)/Кэй. где R, - .сопротивление резистора 35. Учитывая, что сопротивления резисторов 35 - 39 равны, получим

костного датчиков 1.2 и 8 в сигнал, численно равный текущему значению степени герметичности, исключающее одноцикличность измерения за счет

30 введения двух блоков 18,19 выборки- хранения, осушествляющих преобразов ние монотонно возрастающего входног сигнала в сигнал ступенчатой формы, управляемый при помощи задатчика 23

35 времени, вырабатывающего прямоуголь ные импульсы определенной частоты и поступающие на их входы управления, а затем подача напряжений ступенчатой формы с вьйсрдов блоков 18,19 вы

40 борки-хранения на входы вычитающего блока 22, выполненного по схеме диф ференциального выпрямителя, выделяю щего абсолютную величину разности этих напряжений, численно равный те45 кущему значению степени герметичности в данный момент времени, причем процесс измерения происходит постоян но и непрерывно, а надобность в про- ведетш промежуточных расчетов в

iJc (и, -и).

Выходной сигнал U с выхода блока 17 обработки полезного сигнала подается на измерительный прибор 40, с которого снимаются показания измеряемой величины утечки 0.. Таким образом, 55 а производительность измерения опреде- текущее значение величины утечки ляется временным интервалом Iз ;epe- 0 за период измерения Т;, равнония L и быстродействием электронной

схемы, которые Б соБОкуппости имеют очень малую величину - не более 1,3 с.

J за период измерения 1ъ равно

(1. ,.

323889

где и

ш

)5

20 выходное напряжение блока 17 обработки полезного сигнала;

К - коэффициент, зависящий от величины периода времени измерения t ..

Регулируя переменным резистором 44 величину периода Т следования управляющих импульсов задатчика 23 времени, а следовательно и величину периода t времени измерения так, чтобы К, получим 0 1- о

По окончании испытания изделия 3 на герметичность производится сброс давления в двухполостном измерительном блоке 4 и возврат его элементов в исходное положение.

Устройство позволяет сократить время измерения степени герметичности, т.е. повысить производительность измерения, а также наблюдать за динамикой ее изменения в процессе наг- ружения давлением испытываемого изделия за счет преобразования полезкостного датчиков 1.2 и 8 в сигнал, численно равный текущему значению степени герметичности, исключающее одноцикличность измерения за счет

введения двух блоков 18,19 выборки- хранения, осушествляющих преобразование монотонно возрастающего входного сигнала в сигнал ступенчатой формы, . управляемый при помощи задатчика 23

времени, вырабатывающего прямоугольные импульсы определенной частоты и поступающие на их входы управления, а затем подача напряжений ступенчатой формы с вьйсрдов блоков 18,19 выборки-хранения на входы вычитающего блока 22, выполненного по схеме дифференциального выпрямителя, выделяющего абсолютную величину разности этих напряжений, численно равный текущему значению степени герметичности в данный момент времени, причем роцесс измерения происходит постоянно и непрерывно, а надобность в про- ведетш промежуточных расчетов в

сбросе давления в рабочих полостях, 6,7 измерительного блока 4 после кажого цикла измерения и возвращет.е системы в исходное состояние перед ачалом следующего цнкла отпадает.

поэтому производительность и меие-(ип повьшается в 7,6 раза.

Непрерывность процесса преобраио- вания полезного сигнала с датчиков в сигнал, численно равный текущему че,нию степени герметичности в даниьп момент времени, позволяет наб1:ьодать за динамикой изменения величины с;тс:- пени герметичности в ходе нагружсния давлением испытываемого изделия, что позволяет прогнозировать долги- вечность испытываемо о изделия и надежность его работы под давлением,,

Формула и 3 о б р е т е

. Устройство для изьшрения г€;рг- с- тичности полых изделий, содержащее мембраннь Й двухполостиой измерительный блок с индуктивным и емкостным датчиками перемещения мембраны, одна полость измерительног о блока П1)ед- назначена для соединения с полостью изделия, источник сжатого газа, сое- диненньш с второй полостько t 3MepH- тельного блока и предназн. для соединения с полостью изделия, генк- ратор переменного напрякемрш, с которым последовательно соединены оба датчика, и измepитeJlьн;Jlй прибор,

отличающееся тем, что, с целью улучшения э ссплуатационных характеристик путем обеспечении определения стенени нег ерметичности и проведения испытания npi-i любом исходном давлении в изделии,, оно ciiao- жено двумя блоками пыборки-храр;сния,

выпрямителем, задатчиком времени, иалластным резистором, двухвходовым дифференциальным выпрямителем, бала резистор соединен последоват-ельно с датчиками перемещения мембраны, выпрямитель своими входаш параллельно соединен с балластным резистором, а выходом - с первыми входами блока выборки-хранения, выходы

которых соединены с входом двухвхо- дового дифференциального выпрямителя, вь;ход которого соединен с измеритель- нь:м прибором, а выходы задатчика времени соединены с вторыми входами блоков выборки-хранения.

2„ Устройство по п., о т л и ч а- Ь ч ш е. е с я тем,, что задатчик времени выгюлиен в виде последовательно соединенных трех логических элемен ОБ II - ME 5 охваченных положительной связью, и двухфазного распределителя ;птравляющих импульсов, входы которого соединены с выходами третьего логического элемента И-11Е и с входом

первого логического элемента И-НЕ, а выходы двухф 1зного распределителя управл.яжщих импульсов являются выходами задатчика времени.

3, Устройство по- п. 2, о т л и ч аК) ш е е с я тем, что оно снабжено ПС-)тепочкой с переменным регулировочным сопротивлением, емкость которой установлена межд.у первым и вто- логическими элементами И-НЕ, а

переме лпюго сопротивления сое-. ДИ1КМ с входами двухфазного распреде- jiH fBJiH упрс(В, як: 11Шх импульсов.

3uBam jiJf 0/гемехи

выход 2

(pue.3

ffetxcff /

) ct/Fffer/i с orr/raCfTf- fveo ргзи- с/пора

ffoafiiftiu

CtffHO/r

f ЛУ/ТСТ - ми/7ге/тя

cafffofi с

yoiei

8nrofniru

COfMVft с

ffffuffrctfe itffeo year- paOnrrta

Редактор Н.Слободяник

pue.4Составитель Л.Вихляев Техред А.Кравчук

Заказ 3604Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,

Корректор И.Myска

Подписное

Изобретение относится к контролю герметичности полых изделий и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики путем обеспечения определения степени негерметичности и проведения испытания при любом исходном давлении в системе. Устройство(Л фаеЛ -uff