RU218745U1 - Device for verification and calibration of vacuum gauges - Google Patents

Abstract

Полезная модель устройства для поверки и калибровки вакуумметров относится к приборостроению в области автоматического регулирования и метрологии, в частности к устройствам, создающим давление газа в вакуумных системах. Установка предназначена для получения абсолютного давления газа со строго заданным значением и может быть использована при проведении поверки и калибровки вакуумметров.A useful model of a device for checking and calibrating vacuum gauges relates to instrumentation in the field of automatic control and metrology, in particular to devices that create gas pressure in vacuum systems. The unit is designed to obtain absolute gas pressure with a strictly specified value and can be used when checking and calibrating vacuum gauges.

Целью полезной модели является повышение достоверности, точности установки поверяемых значений давления газа, с одновременным снижением длительности процесса поверки и калибровки вакуумметров.The purpose of the utility model is to increase the reliability, accuracy of setting the gas pressure values to be verified, while reducing the duration of the process of verification and calibration of vacuum gauges.

Указанная цель реализуется с помощью устройства для поверки и калибровки вакуумметров, которое содержит измерительную камеру, выполненную с возможностью присоединения поверяемого вакуумметра, к которой присоединен запорный клапан, эталонный вакуумметр и быстродействующий электромагнитный клапан подачи газа, отличающегося тем, что устройство выполнено с возможностью присоединения к измерительной камере через запорный клапан системы создания и поддержания вакуума, а быстродействующий электромагнитный клапан подачи газа выполнен с возможностью его управления программно-аппаратным комплексом, регистрирующим текущее значение абсолютного давления газа в измерительной камере, измеряемое эталонным вакуумметром.This goal is realized using a device for checking and calibrating vacuum gauges, which contains a measuring chamber configured to connect a vacuum gauge to be checked, to which a shut-off valve, a reference vacuum gauge and a high-speed solenoid gas supply valve are connected, characterized in that the device is configured to be connected to a measuring chamber through the shut-off valve of the system for creating and maintaining vacuum, and the high-speed solenoid valve for gas supply is made with the possibility of its control by a software and hardware complex that registers the current value of the absolute gas pressure in the measuring chamber, measured by a reference vacuum gauge.

По сравнению с аналогами предлагаемое устройство позволяет снизить время установления поверяемого значения давления и одновременно уменьшает статистическую составляющую неопределенности в 1,4 и более раз. 1 ил.

Compared with analogues, the proposed device allows to reduce the time of establishment of the verified pressure value and at the same time reduces the statistical component of the uncertainty by 1.4 or more times. 1 ill.

Description

Полезная модель устройства для поверки и калибровки вакуумметров, как средств измерения низкого абсолютного давления газа и газовых смесей, относится к приборостроению в области автоматического регулирования и метрологии, в частности к устройствам, создающим давление газа в вакуумных системах. Устройство предназначено для получения абсолютного давления газа со строго заданным значением и может быть использовано при проведении поверки и калибровки вакуумметров.A useful model of a device for checking and calibrating vacuum gauges, as a means of measuring low absolute pressure of gas and gas mixtures, relates to instrumentation in the field of automatic control and metrology, in particular to devices that create gas pressure in vacuum systems. The device is designed to obtain absolute gas pressure with a strictly specified value and can be used when checking and calibrating vacuum gauges.

На современном уровне развития науки и техники известны следующие технические решения, близкие по сути к предлагаемому.At the present level of development of science and technology, the following technical solutions are known, which are close in essence to the proposed one.

Известно устройство для поверки и калибровки средств измерения давления (патент РФ на полезную модель №136569, МПК G01L 27/00, опубл. 2014.01.10, Бюл. №1). Предлагаемое устройство содержит узел создания давления, систему поверяемого давления, включающую в себя поверяемое средство, соединенное с эталонным средством измерения давления, которое присоединено к насосу для закачивания рабочей жидкости, и емкость с рабочей жидкостью, при этом узел создания давления выполнен в виде корпуса, по продольной оси которого расположены последовательно отверстие с внутренней резьбой, полость, соединенная с емкостью для рабочей жидкости, и сообщающаяся с первой вторая полость, которая соединена с насосом, в отверстии с внутренней резьбой размещен шток с наружной резьбой и гладкой частью, к верхней части которого прикреплен маховик. Рабочее давление в системе задается вручную при помощи маховика. В данном устройстве реализуется способ регулирования давления путем изменения величины рабочего объема узла создания давления.A device for checking and calibrating pressure measuring instruments is known (RF patent for utility model No. 136569, IPC G01L 27/00, publ. 2014.01.10, Bull. No. 1). The proposed device contains a pressure generating unit, a system of verifiable pressure, including a verifiable means connected to a reference pressure measuring means, which is connected to a pump for pumping a working fluid, and a container with a working fluid, while the pressure generating unit is made in the form of a housing, according to the longitudinal axis of which there is a hole with an internal thread, a cavity connected to the reservoir for the working fluid, and communicating with the first second cavity, which is connected to the pump, in the hole with the internal thread there is a rod with an external thread and a smooth part, to the upper part of which is attached flywheel. The operating pressure in the system is set manually using a flywheel. This device implements a method of pressure regulation by changing the value of the working volume of the pressure generation unit.

Наиболее близким к предлагаемой вакуумметрической установке (прототип) является вакуумметрическая установка для поверки вакуумметров (МИ 140-89. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Вакуумметры. НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», 1988 г.), состоящая из измерительной камеры и присоединенных к ней эталонного, поверяемого вакуумметров, системы поддержания вакуума, ручного регулируемого клапана подачи газа. После предварительной откачки газа из измерительной камеры до остаточного давления, перекрывают клапан между системой поддержания вакуума и измерительной камерой, в заданном диапазоне поверяемых давлений, с помощью ручного регулируемого клапана подачи газа дискретно устанавливают поверочные значения давления в порядке возрастания с интенсивностью не менее трех значений на декаду. В данной вакуумметрической установке давление газа регулируют по концентрации газа в измерительной камере, при этом используют уравнение состояния идеального газа.The closest to the proposed vacuum gauge (prototype) is a vacuum gauge for checking vacuum gauges (MI 140-89. Recommendation. State system for ensuring the uniformity of measurements. Vacuum gauges. NPO "VNIIM named after D.I. Mendeleev", 1988), consisting of the measuring chamber and the reference, calibrated vacuum gauges attached to it, the vacuum maintenance system, the manually adjustable gas supply valve. After preliminary evacuation of gas from the measuring chamber to the residual pressure, the valve between the vacuum maintenance system and the measuring chamber is closed, in a given range of verified pressures, using a manually adjustable gas supply valve, the calibration pressure values are discretely set in ascending order with an intensity of at least three values per decade . In this vacuum gauge, the gas pressure is controlled by the gas concentration in the measuring chamber, using the ideal gas equation of state.

Общими недостатками известных устройств являются: большая длительность процесса поверки и калибровки, систематическое отклонение фактического значения давления газа от заданного, субъективные ошибки, возникающие вследствие ручной установки значений давления, что, в совокупности, существенно снижает точность и достоверность поверки.The common disadvantages of the known devices are: the long duration of the verification and calibration process, the systematic deviation of the actual value of the gas pressure from the set value, subjective errors arising from the manual setting of pressure values, which, in aggregate, significantly reduces the accuracy and reliability of verification.

Целью полезной модели является повышение достоверности, точности установки поверяемых значений давления газа, с одновременным снижением длительности процесса поверки и калибровки вакуумметров.The purpose of the utility model is to increase the reliability, accuracy of setting the gas pressure values to be verified, while reducing the duration of the process of verification and calibration of vacuum gauges.

Указанная цель реализуется с помощью устройства для поверки и калибровки вакуумметров, которое содержит измерительную камеру, выполненную с возможностью присоединения к ней запорного клапана, эталонного и поверяемого вакуумметров, быстродействующего электромагнитного клапана подачи газа. Кроме того, устройство выполнено с возможностью присоединения к нему через запорный клапан системы создания и поддержания вакуума, при этом предусмотрено, что быстродействующий электромагнитный клапан подачи газа выполнен с возможностью его управления программно-аппаратным комплексом, регистрирующим текущее значение абсолютного давления газа в измерительной камере, измеряемое эталонным вакуумметром.This goal is realized using a device for checking and calibrating vacuum gauges, which contains a measuring chamber configured to connect a shut-off valve, reference and calibrated vacuum gauges, and a high-speed solenoid gas supply valve to it. In addition, the device is configured to be connected to it through the shut-off valve of the system for creating and maintaining a vacuum, while it is provided that the high-speed solenoid valve for gas supply is configured to control it by a hardware and software system that registers the current value of the absolute gas pressure in the measuring chamber, measured reference vacuum gauge.

В предложенном устройстве давление газа регулируют путем подачи предварительно рассчитанной длительности подачи молекул газа через управляемый быстродействующий электромагнитный клапан, пропорционально увеличению концентрации молекул газа, которую рассчитывают исходя из значений текущего значения давления газа в измерительной камере, значения атмосферного давления воздуха, требуемого значения давления, характеристик самого клапана и объема измерительной камеры.In the proposed device, the gas pressure is controlled by supplying a pre-calculated duration of the supply of gas molecules through a controlled high-speed solenoid valve, in proportion to the increase in the concentration of gas molecules, which is calculated based on the values of the current value of the gas pressure in the measuring chamber, the value of atmospheric air pressure, the required pressure value, the characteristics of the valve and measuring chamber volume.

Полезная модель и ее применение поясняется фиг. 1, на которой представлена блок-схема вакуумметрической установки, в состав которой входит устройство для поверки и калибровки вакуумметров, содержащее измерительную камеру 1. Измерительная камера 1 выполнена таким образом, что обеспечивает возможность ее совместного использования с системой создания и поддержания вакуума 2, запорным клапаном 3, управляемым быстродействующим электромагнитным клапаном подачи газа 4, программно-аппаратным комплексом 5, эталонным 6 и поверяемым вакуумметром 7, с системой создания и поддержания вакуума 2, которая, в свою очередь, присоединяется через запорный клапан 3 с измерительной камерой 1. Измерительная камера 1 обеспечивает возможность присоединения к ней эталонного вакуумметра 6, поверяемого вакуумметра 7 и быстродействующего электромагнитного клапана 3, управляемого программно-аппаратным комплексом 5, регистрирующим текущее значение абсолютного давления газа в измерительной камере 1, которое осуществляется при помощи эталонного вакуумметра 6.The utility model and its application is illustrated in FIG. 1, which shows a block diagram of a vacuum gauge installation, which includes a device for checking and calibrating vacuum gauges, containing a measuring chamber 1. The measuring chamber 1 is designed in such a way that it can be used jointly with a system for creating and maintaining vacuum 2, a shut-off valve 3 controlled by a high-speed solenoid valve for gas supply 4, a software and hardware complex 5, a reference 6 and a calibrated vacuum gauge 7, with a vacuum creation and maintenance system 2, which, in turn, is connected through a shut-off valve 3 to the measuring chamber 1. Measuring chamber 1 provides the ability to connect to it a reference vacuum gauge 6, a calibrated vacuum gauge 7 and a high-speed electromagnetic valve 3 controlled by a software and hardware complex 5 that registers the current value of the absolute gas pressure in the measuring chamber 1, which is carried out using a reference vacuum gauge 6.

В основу работы устройства положено управляемое по длительности открытие клапана подача газа. При этом длительность открытия клапана задается исходя из технических характеристик вакуумметрической установки (объем измерительной камеры, проводимость клапана подачи газа и др.).The operation of the device is based on the time-controlled opening of the gas supply valve. In this case, the duration of the valve opening is set based on the technical characteristics of the vacuum gauge installation (volume of the measuring chamber, conductivity of the gas supply valve, etc.).

В теоретическую основу устройства положено следующее. При открытом управляемом быстродействующем электромагнитном клапане подачи газа, давление в измерительной камере изменяется пропорционально потоку газа Q, проходящему через клапан, времени (длительности) открытия клапана t и обратно пропорционально объему измерительной камеры V (Розанов Л.Н. Вакуумное технологическое оборудование. - изд-во Политехнического Университета, Санкт-Петербург, 2012, С.89):The theoretical basis of the device is as follows. When the controlled high-speed electromagnetic gas supply valve is open, the pressure in the measuring chamber changes in proportion to the gas flow Q passing through the valve, the valve opening time (duration) t and inversely proportional to the volume of the measuring chamber V (Rozanov L.N. Vacuum technological equipment. - ed. at the Polytechnic University, St. Petersburg, 2012, p.89):

гдеWhere

Р_тек - текущее значение давления газа в измерительной камере.P _tech - the current value of the gas pressure in the measuring chamber.

Известно, что поток газа пропорционален проводимости U клапана с условным диаметром прохода d и разнице давлений на входе и выходе клапана (Розанов Л.Н. Вакуумное технологическое оборудование: Изд-во Политехнического Университета, Санкт-Петербург, 2012, С.90):It is known that the gas flow is proportional to the conductivity U of the valve with a nominal passage diameter d and the pressure difference at the inlet and outlet of the valve (Rozanov L.N. Vacuum technological equipment: Publishing House of the Polytechnic University, St. Petersburg, 2012, p. 90):

гдеWhere

U=116πd²/4 - для воздуха при молекулярном течении газа (Розанов Л.Н. Вакуумное технологическое оборудование: Изд-во Политехнического Университета, Санкт-Петербург, 2012, С.100), - значение атмосферного давления воздуха.U=116πd ² /4 - for air with molecular gas flow (Rozanov L.N. Vacuum technological equipment: Publishing House of the Polytechnic University, St. Petersburg, 2012, p.100), - the value of atmospheric air pressure.

Из приведенных выше соотношений следует соотношение, связывающее длительность открытия клапана t с поверяемым значением давления Р:From the above ratios follows the ratio that relates the duration of the valve opening t with the verified pressure value P:

Устройство работает и используется следующим образом. К устройству (измерительной камере 1), согласно блок-схеме, представленной на фиг.1, подсоединяют устройства 2-7. Закрывают быстродействующий клапан 4, открывают запорный клапан 3. Включают питание эталонного 6, поверяемого 7 вакуумметров, системы поддержания вакуума 2, программно-аппаратного комплекса 5. С помощью системы поддержания вакуума 2 понижают давление газа в измерительной камере 1 до значения давления на 1-3 порядка меньше, чем нижний предел измерения поверяемого вакуумметра 7. Программно-аппаратный комплекс 5 на основании результата измерения текущего давления газа в измерительной камере 1, полученного от эталонного вакуумметра 6, а также значения объема измерительной камеры 1, значения проводимости клапана 4 и требуемого поверяемого значения давления рассчитывает необходимую для установления следующего поверяемого значения давления газа длительность открытия клапана 4, а также подает импульс напряжения для его открытия. Атмосферный воздух через клапан 4 поступает в измерительную камеру 1, увеличивая в ней концентрацию молекул газа и, согласно уравнению состояния идеального газа, абсолютное давление. После установления в измерительной камере 1 требуемого поверяемого значения давления газа происходит регистрация показаний эталонного 6 и поверяемого 7 вакуумметров. При этом при поверке и калибровке для каждого из поверяемых значений давлений повторяют действия, описанные выше. При определении метрологических характеристик поверяемого вакуумметра поверочные значения давления устанавливают в порядке возрастания в количестве 3 значения на декаду при поверке (одна серия) и 5 значений на декаду при калибровке (три и более серий). При завершении работы отключают питание эталонного 6 и поверяемого 7 вакуумметров, программно-аппаратного комплекса 5, системы поддержания вакуума 2.The device works and is used as follows. To the device (measuring chamber 1), according to the block diagram shown in figure 1, connect the device 2-7. The high-speed valve 4 is closed, the shut-off valve 3 is opened. The power supply is turned on for the reference 6, 7 vacuum gauges to be verified, the vacuum maintenance system 2, the software and hardware complex 5. Using the vacuum maintenance system 2, the gas pressure in the measuring chamber 1 is lowered to a pressure value of 1-3 an order of magnitude less than the lower measurement limit of the calibrated vacuum gauge 7. Software and hardware complex 5 based on the result of measuring the current gas pressure in the measuring chamber 1 obtained from the reference vacuum gauge 6, as well as the value of the volume of the measuring chamber 1, the conductivity value of the valve 4 and the required verified value pressure sensor calculates the duration of valve 4 opening required to establish the next gas pressure value to be checked, and also applies a voltage pulse to open it. Atmospheric air through the valve 4 enters the measuring chamber 1, increasing the concentration of gas molecules in it and, according to the equation of state of an ideal gas, the absolute pressure. After establishing in the measuring chamber 1 the required calibrated gas pressure value, the readings of the reference 6 and calibrated 7 vacuum gauges are recorded. In this case, during verification and calibration for each of the verified pressure values, the steps described above are repeated. When determining the metrological characteristics of the calibrated vacuum gauge, the calibration pressure values are set in ascending order in the amount of 3 values per decade during verification (one series) and 5 values per decade during calibration (three or more series). At the end of the work, the power of the reference 6 and the calibrated 7 vacuum gauges, the software and hardware complex 5, and the vacuum maintenance system 2 are turned off.

По сравнению с аналогами предлагаемое устройство позволяет снизить время установления поверяемого значения давления с 20 с до 10 с и менее.Compared with analogues, the proposed device allows to reduce the time of establishment of the verified pressure value from 20 s to 10 s or less.

Уменьшение времени, необходимого для проведения одной серии, позволяет увеличить количество серий в 2 и более раз при калибровке вакуумметра, что уменьшает статистическую составляющую неопределенности в 1,4 раза и более.Reducing the time required to conduct one series allows you to increase the number of series by 2 or more times when calibrating the vacuum gauge, which reduces the statistical component of uncertainty by 1.4 times or more.

Claims (1)

Устройство для поверки и калибровки вакуумметров, содержащее измерительную камеру, выполненную с возможностью присоединения поверяемого вакуумметра, к которой присоединен запорный клапан, эталонный вакуумметр и быстродействующий электромагнитный клапан подачи газа, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью присоединения к измерительной камере через запорный клапан системы создания и поддержания вакуума, а быстродействующий электромагнитный клапан подачи газа выполнен с возможностью его управления программно-аппаратным комплексом, регистрирующим текущее значение абсолютного давления газа в измерительной камере, измеряемое эталонным вакуумметром.A device for checking and calibrating vacuum gauges, containing a measuring chamber configured to connect a calibrated vacuum gauge, to which a shut-off valve, a reference vacuum gauge and a high-speed solenoid gas supply valve are connected, characterized in that the device is configured to be connected to the measuring chamber through the shut-off valve of the generation system and vacuum maintenance, and the high-speed gas supply solenoid valve is configured to be controlled by a software and hardware complex that registers the current value of the absolute gas pressure in the measuring chamber, measured by a reference vacuum gauge.

Images