Устройство для измерения герметичности полых изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 19) ( 1 М 32 СУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗ НИ 13" К АВТОРСКОМУ ЕЛЬ РЕНИЯ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТИЧНОСТИ ПОЛЫХ И ЕЛИИ Бюл. Р 26й политехн ение относитс(57) Изобре лю герметич ск контра и и позные ха,М.Алексе тягин, В, 20.165,29 вторское 44, кл, б овскии, В,М,Яр я сти и о ССС 1980. с авлении иство(088.8)свидетельст01 М 3/26,воляет улучрактеристикределения спроведения ости полых издел ить эксплуатацио путем обеспечен епени негерметич спытания при люб в системе, Устр13 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 вьборки-хранения, выходы которых соединены с входом вычитающего блока 22, выход которого соединен с измерительным прибором 40, Выходы эадатчика 23 времени соединены с вторыми входами блоков 18,19 выбор 23889ки-хранения. В задатчике 23 времени имеется переменный резистор 44, После создания избыточного давления в изделии 3 и в обеих полостях 6,7 блокапоследние 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 загомненные сигналы с блоков 18 и 19 и выдает на измерительном приборе 40 величину не- герметичности Переменным резистором /ч 4 производится настройка интервала переключения блоков 18,19, 2 з.п. Ф-лы 4 ил.Изобретение относится к испытательной технике, а именно к контролю герметичности полых изделий путем регистрации изменения в нем давления контрольной среды.Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем обеспечения определения степени негерметичности и проведение испытания при любом исходном давлении визделии,На фиг,1 изображена блок-схемаустройства; на йиг,2 - схема блокаобработки полезного сигнала.нафиг.3 - схема задатчика времени; цафиг.4 - времецная диаграмма напряжений на выходах элементов алока обработки полезного сигнала,Устройство для измерения герметичности полых изделий содержит источник 1 избыточного давления, соединенный через отсечной клапан 2 с испытуемым изделием 3, двухполостнойизмерительнь:й блок 4 с мембраной 5,Одна полость 6 которого пневмати -чески связана с источником 1 избыточного давления, а другая полость 7с изделием 3, Емкостный датчик 8 перемещения мембраны 5 установлен в полости 7 измерительного блока 4, Вэлектрическую цепь 9 емкостного датчика 8 включен генсратор 10 переменного напряжения, Балластный резистор11 предназначен для преобразованиятока измерительной цепи 9 в напряжение и включсн в электрическую цегь 9.:Оследовательно с емкостным и индуктивным датчиками 8 и 12, Последнийзакреплен на мембране 5 и выполненв виде катушки 13 на тороидальномферритовом сердечнике 14 и неподвижного постоянного магнита 15, взаимодействующего с катушкой 3, Балластный резистор 1 включен последовательно в электрическую цепь 9 и электрически связан с входом выпрямителя 15 1 г6, од ксторого сяза с одомблока 17 обработки полезного сигнала,остоящего из двух блоков 18, 19 выборки-хранения, поочередно осуществляющих выборку, запоминание на ем костях 20,21, преобразование входного полезного сигнала в сигнал ступенчатой формы и подачу его с их выходов ца входы вычитающего блока 22мгновенных значений напряжения лолеэного сигнала, Блоки 18,19 выборкихрацения имеют общий информационныйвыход, связанный с выходами задатчика 23 времени, йормирующего измерительные интервалы времени, управляю щие работой блоков 18,19 выборкихранения при помощи поочередного отпирания транзисторных ключей 24,25на полевых транзисторах КП 305, установленных на их входах и соединяющих их с выходом выпрямителя 1 б, подающих сигнал на запоминающие емкости 20,21. Последние установлены навходах буферных усилителей 26,27,с высоким входным и низким выходнымимпедансом, выполненных на операционных усилителях типа К 140 УД 8, осуществляющих согласовачие и передачумгновенных значений запомненного 10 сигнала с их выходов на входы вычитающего блока 22,Вычитающий блок 22 состоит из выпрямительного управляемого двухвходового источника тока на двух операционных усилителях 28, 29 типа К 140 УД 7,на неинвертирующие входы которых пода -ются сигналы с выходов блоков 18,19выборки-хранения, двух полевых транзисторов 30,31 типа КП 305 и диодов32, 33 типа КД 502, включенных в цегьобратной связи операционных усилителей 28,29. Стоки полевых транзисторов 30,31 объединены и подключены квходу сдвигающего уровень преобразователя напряжение-ток, выполненногона операционном усилителе 34 типаК 140 УД 7, Резисторы 35 - 37 образуют З 0отрицательную обратную связь, Делитель напряжения на резисторах 38,39подключен к неинвертирующему входуоперационного усилителя 34, выходноенапряжение которого подается на измерительный прибор 40, отображающийчисленное значение измеряемой величины степени герметичности.Задатчик 21 времени состоит изтрех логических элементов И-НЕ 41 -43 типа К 155 ЛАЗ, соединенных последовательно друг с другом и охваченных положительной обратной связью,а частото-задающая цепь составленаиз переменного резистора 44, при помощи которого регулируется измерительный интервал преобразований и емкости 45. С выхода элемента И-НЕ 43импульсы поступают на вход двухфазного распределителя 46, выполненногона О-триггере 47 типа К 155 ТМ 2 и двухлогических элементах И-НЕ 48,49, выходы которых и один О-вход соединенс входами двух логических элементовИ-НЕ 48,49 типа К 155 ЛАЗ, образующихсхему совпадения, а с их выходов,связанных с затворами полевых тран -зисторов 24,25 поочередно передаютсяуправляыпе импульсы с периодом Тследования и интервалом Т сдвига,управляющие режимами работы блоков18,19 выборки-хранениямСтепень герметичности связана спараметрами газа в измерительнойполости 6 следующим соотнощением:ьЧ дРЯ=Р + ЧМ ь Ы 1 ьР = К 1ь 1= Гь 11, а где Г - площадь мембраны 5 измерительного блока 4;М - смещение мембраны 5;К - коэффициент жесткости мембраны 5,то величина степени герметичностипропорциональна перемещению мембраны5 за период измерительного интервалавремени, т.е,О=Р: ь 11 + ЧК. -= =(=-. + =-1)Г ьЬ РГ /К7или 0=К ьЬ,где К - коэффициент пропорциональ 2ности ЧК, 1К (РГ+ )Перемещение мембраны 5 в свою очередь пропорционально напряжению полезного сигнала на балластном резисторе 1, т,е,ь 1=К 03 сгде 0 - нап яже р ние полезного сигнала, снимаемого с балластного резистора 11, соответствующее данному смещению Ф мембраны 5,;остаточное напряжение, соответствуощее среднему положению мембраны 5, когда дЬ=О;коэффициент пропорпиональности преобразования датчиком смещения дЬ в электрический сигнал,КЭ где Р - давление в измерительнойполости 6 измеоительногоблока 4;Ч - объем измерительной полости 6;,Ю - изменение объема измерительной полости 6, обусловленноеналичием утечки в испытываемом иэделии 3;ьР - изменение давления в измерительной полости 6; д 1=Г - измерительный интервал,ПосколькуПусть приращение перемещения за измерительный интервал и-го порядкатогда - ". К з(Оп -О ) следовательноО.=К К (О -О )или О =К (О-О ,),где К = К К - коэффициент пропор 2 5циональности;величина утечки и-гоиизмерительного интервала.Устройство работает следующим образом,В изделие 3 от источника 1 избыточного давления через отсечной клапан 2 подается испытательное давле-. ние, отсечной клапан 2 перекрывается. Вследствие наличия утечек в изделии 3 давление в пневматически связанной 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 мембраны 5 вызовет увеличению емкости датчика 8 и уменьшение индуктивности датчика 12, что приведет к монотонному воз 30растанию тока в электрической цепи 9 и падению напряжения на балластном резисторе 11, включенному последовательно 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 пря 40моугольных импульсов, сдвинутых по1времени на величину= - Т с выходов2,задатчика 23 времени на затворы транзисторных ключей 24,25, управляющихрежимом работы блоков 18,19 выборкихранения, С целью уменьшения временивыборки полезного сигнала скважностьуправляющих импульсов взята не менее 50200,Блок 17 обработки полезного сигна - ла работает следующим образом.При поступлении управляюшего импульса с выхода задатчика 23 времени на затвор ключа 24 происходит его о. пирание и запоминающая емкость 20 заряжается до напряжения полезного сигнала О которое присутствует навыходе выпрямителя 16 в момент действия данного управляющего импульса,Происходит процесс выборки мгновенного значения полезного сигнала блоком 18 выборки-хранения, По истечении действия управляющего импульсатранзисторный ключ 2 ч запирается,отсекая тем самым от выхода выпрямителя 16 емкость 20 с запомненнымполезным сигналом, Происходит про-цесс хранения мгновенного значениявыбранного полезного сигнала и передача его буферным усилителем 26 навход вычитающего блока 22,По истечении интервалавремениизмерения, равного 1/2 периода следования управляющих импульсов на выходе, электрически связанном с затвором полевого транзисторного ключа25 задатчика 23 времени, формируетсяследующий управляющий импульс,который отпирает транзисторный ключ25, тем самым осуществляя выборкуполезного сигнала на запоминающуюемкость 21 блока 19 выборки-хранения.По окончании действия управляющегоимпульса транзисторный ключ 25 за-пирается и блок 19 выборки-храненияпереходит в режим запоминания и передачи мгновенного значения выбранногополезного сигнала О на другой вы 2ход вычитающего блока 22, где он вычитается из предыдущего,Таким образом, напряжение на выходе вычитающего блока 22 равно О- (О, -О,),где О - мгновенное значение полезно 1го сигнала, соответствующеепервому управляющему импульсу;О - мгновенное значение полезного2сигнала, соответствующее второму управляющему импульсу,Следующий управляющий импульс поступает снова. с выхода задатчика 23времени на затвор транзисторногоключа 24, сбрасывая предыдущий запомненный сигнал О а вместо неговыбирая и запоминая текущий О , Осуществляется процесс выборки, .запоминания и передачи сигнала Оз на входвычитающего блока 22, напряжение навыходе которого равно О . =(О -О ),Таким образом осуществляется преобразование монотонно возрастающеговходного сигнала на информационномвходе блоков 8,19 выборки-храненияв два сигнала ступенчатой формы, их1323889 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 И = (О -О ), с 17подачи 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 О, = (О -О, ),где О - мгновенное значение величины полезного сигнала, соответствующее и-му по счетууправляющему импульсу;О - мгновенное значение величии+1ны полезного сигнала, соответствующее и+1 управляющему импульсу.Для получения выходного напряжения О, с блока 17 обработки полезного сигнала положительной полярности,вычитающий блок 22 выполнен по схемедифференциального выпрямителя, работающего следующим образом.Если напряжение на входах вычитающего блока 22 О,О, положительныйток обратной связи протекает черезтранзистор 30 и диод 33,Операционный усилитель 29 работаеткак неинвертирующий повторитель, аток на нем равен 1 = (И -О )/Рз,где Р з - сопротивление резистора 39,Токпоступает в цепь неиносвертирующего входа усилителя 34, ивыходное напряжение И, становитсяравноР , где Р э - сспротивос э 1ление резистора 39.Если О ) О д, через транзистор 31и диод 32 протекает ток 1 и О,ос Ц фТаким образом, в цепь инвертирующего входа операционного усилителя34 всегда подается ток, соответствующий положительному сигналу, а поэтому О, = Р (И -Ид) /Рв, где Рсопротивление резистора 35, Учитывая,что сопротивления резисторов 35 - 39равны, получим Выходной сигнал О с выхода блока 17 обработки полезного сигнала подается на измерительный прибор 40, с которого снимаются показания измеряемой величины утечки О. Таким образом, текущее значение величины утечки 0 за период измерения . равно где О, - выходное напряжение блока17 обработки полезного сигнала;К - коэффициент, зависящий отвеличины периода времениизмерения .,Регулируя переменным резистором 44 величину периода Т следования управляющих импульсов задатчика 23 времени, а следовательно и величину периодавремени измерения так, чтобы К=1, получим Й =ИПс 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 нагружения давлением испытываемого иэделия за счет преобразования полезного сигнала с индуктивного и емкостного датчиков 12 и 8 в сигнал,численно равный текущему значенивстепени герметичности, исключающееодноцикличность измерения за счетвведения двух блоков 18,19 выборкихранения, осуществляющих преобразование монотонно вазраставщего входногосигнала в сигнал ступенчатой фора,управляемый при помощи задатчика 23времени, вырабатывающего прямсугсльные импульсы определенной частоты ипоступающие на их входы управления,а затем подача напряжений ступенчатой формы с вйходсв блоков 18,19 выборки-хранения на входы вычитающего блока 22, выполненного пс схеме дифференциального выпрямителя, выделяющего абсолютную величину разностиэтих напряжений, численно равный текущему значению степени герметичности в данный момент времени, причемпроцесс измерения происходит постоянно и непрерывно, а надобность в проведении промежуточных расчетов всбросе давления в рабочих полостях,6,7 измерительного блока 4 после каждого цикла измерения и возвращениесистемы в исходное состояние передначалом следующего цикла стпад-ет,а производительность измерения спределяется временным интервалсм измеренияи быстродействием электронной схемы, которые в ссвскуписсти имеют очень малую величину - ие более 1,3 с, 1-.ч а 9 10поэтому произнодцтельцост ь ц" мереция повьпцается н 7,б раза.Непрерывность процесса преобразования полезного сигнала с датчиков ц сигнал, численно равный текущему з цчению степени герметичности ц данный момент времени, позволяет цаблздат за динамикой изменения величины с:.тс - пени герметичности в ходе нагружеция давлением испытываемого издет 1 я, что позволяет прогнозировать полговечность испытываемого з 1 ели 5 ц ц;. - дежность его работы цод давлениемформула изобртецця1, Устройство для измеренияВм - тичности полых издеций содержаще мембранный днухполос.тнойЗмерцтець - ный блок с индуктивным и мкосгцы" датчиками перемещения мембраны, о;па полость измерительца 1 о блока предназначена для соепинеция с полостькизделия, источник сжатого газа, соединенный с второй полостьк ц.змсрп - тельного блока и предназпачеццьгй пля соединения с полост 1 1 о изделия, гецс - ратор переменного напряженияс 1;ото рым последовательно соед 1 нРць Обц датчика, и измерительный прибор,т,п и ч а в щ е е с я ге 1, Т 1 с цепью улучщения эксп 1 луа. ацс;пц 1,х характеристик путем обеспечен 5 ссцредепени 5 степени цегер 1 РтцчгОсгц и проведения испытания пиц ллбом и- ходном давлении в изделии, оцо сц;: - жено двумя блоками выборки в хрпця, 1ВыпрямитРлем 5 задатчиком нремРни, бе 1 пастным резис гором днухвхОДОньгм дифференциальным выпрямителем, бал;астцый резистоо соединен последова:епьцо " датчиками перемещения мембра пь., выпрямитель своими входами парал 51-:.льцо соединен с балластным реи "гором а выходом - с первыми входами бгока выборки-хранения, выходы 10 которых соединены с входом двухвхо,оного д 5 фЛеренциального выпрямителя, выход котОООГО соединен с измеритель - ц 1,мприбором, а выходы задатчика времеци соединены с вторыми входами бло 1,ов выборки-хранения,У стройстно по иО т л и с а - ч щ е Р с я тем, то задатчцк времени Бы"Олцсн В ВидР посчедовательно СОЕЧИНЕЦЦЫХ ТРЕХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕН - 70 ов И - 1 Е, Охваченных положительной св 5 Зьн., и двухфазного распределителя :чравл 55 ощих мпульсов, входы которого соединены с выходами третьего логичс.скоО элемента г 1-1 Е и с входом 25 первоо логического элемента И-НЕ, а выходы,с 1 вухфазного распределителяпэавт 511 щих импульсов янляк 1 тся ходами задатчцка нремени,3, Устройс.тво по п,2, о т л и ч а - 30 и е е с я тем, что оно снабжено ЗС-цепочкой с. переменным регулиро- ВОЧЦЫМ СОЦРОТИВЛЕЦИЕМ ЕМКОСТЬ КОТО 1 ой устацовлеца между первым и нторым;Сгическими элементами И-НГ, а .- Нь ход переменного сопротивления соепицецвхо,;:амц двухфазного распреде- , игера уцравлякщих импульсов, 55г1323889 Зсйюнюн йремени йогой 7 йююа Р ймнаи %ли аечл с оставитель Л,Вихляевехред А, Кравчук Редактор Н.Слободяни Корректор И,Муск ираж 776 04 1 одписное ак та СССР ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушска/5 изводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проект йелеююй еиенан с Фпллает. мю рези елка йилеанми сиеюил е Аиум- мителю РиниВюсиенал сЮГ 1 Ьа айайпюнвт сУЮР Яичитаю. ЩЛЮ рЪ 7 Р ,ае 7 ьеРа крытиинаб д