Стенд для динамической градуировки преобразователей давления оптическими средствами

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) ПриоритетОпубликовано 07.12.82 Бюллетень М 45Дата опубликования описания 07, 12,82 И) М. Кл. С 0127/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРОВКИПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИМИСРЕДСТВАМИ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для динамической градуировки преобразователей давления бесконтактными оптическими средствами.Известны устройства для динамической градуировки преобразователей давлений, содержащие эадатчик переменного давления и контактный преобразователь 13. Недостатком таких устройств являются погрешности динамической градуировки, связанные с возмущениями исследуемой среды контактными образцовыми преобразователями.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является стенд для динамической градуировки преобразователей давления оптическими средствами, содержащий задатчик упругих колебаний, выполненный преимущественно в виде резонансной трубы переменной длины с профилированным соплом, диск с прорезями, установленный с возможностью вращения напротив сопла, образцовый преобразователь, выполненный в виде двух- лучевого интерферометра, состоящего из оптически связанных лазера,светоделителя, двух светоотражателей,первого фотоприемника и компенсатора,пульсаций показателя преломления, 5.расположенного в опорном плече интенферометра, датчик частоты пульсаций, выполненный в виде оптически связанных источника коллимированного света и диафрагмы, совпадающей по форме с профилированным соплом резонансной трубы, и.второгофотоприемника, расположенных поразличные стороны диска, и регистрирующую аппаратуру 21.Цель изобретения - повышение 15 точности градуировки. Поставленная цель достигается тем, что в стенд для динамической градуировки преобразователей давления оптическими средствами, содержащий задатчик упругих колебаний, выполненный преимущественно в виде резонансной трубы переменноЪ длины с профилированным соплом, диск с прорезями, установленный с возможностью вращения напротив сопла, образцовый преобразователь, выполненный в виде двухлучевого интерферометра, состоящего из оптически свяэанных лазера, светоделителя, .двух свето- отражателей, первого фотоприемни 3 979927ка и компенсатора пульсаций показате-, ля преломления, расположенного в опор ном плече интерферометра, датчик частоты пульсаций, выполненный в виде оптически связанных источника коллимированного света и диафрагмы, совпа дающей по форме с профилированным соплом резонансной трубы, и второго Фотоприемника, расположенных по различные стороны диска, и регистрирующую аппаратуру, введены последова тельно соединенные и подключенные к выходам первого и второго фотоприемников импульсное сравнивающее устройствои измеритель периодаследования нулевых уровней фототока, подключенный к входу регистрирующей аппаратуры, а компенсатор пульсаций выполнен в виде камеры переменного давления, прозрачной в направлении оптической оси, соединен" ной через введенный в стенд распределительный кран с пневмоаккумулятором, образцовым манометром и электромагнитным дистанционным клапаном, электрический вход которого соединен с пусковым входом измерителя периода следования нулевых уровней фототока.При этом камера переменного давления выполнена в виде оптической кюветы переменной ширины с возмож ностью перемещения в направлении, ортогональном оптической оси.Сущность изобретения заключается в том, что в опорном плече интерФерометра располагается камера проз рачная для излучения лазера, давление в которой меняется по известному закону, С помощью электронной аппаратуры определяется момент. времени, когда происходит компенсация 40 пульсаций давления в измерительном плече интерферометра, по которому определяется перепад статического давления за время, равное четверти периода упругих колебаний. Таким образом, осуществляется своеобразная "привязка" образцовой аппаратуры к статическим эталонам давления.На фиг. 1 представлена конструктивная общая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эскиз камеры переменного давления, на фиг. 3 структурная схема регистрирующей аппаратуры, на Фиг, 4 а, б, в, г - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства.Устройство (фиг. 1) содержит рабочую камеру, выполненную в виде резонансной трубы 1, с расположенными в ней градуируемыми преобразователями (не показаны), длина резо .нансной трубы может изменяться с помощью подвижного поршня 2, через который в рабочую камеру подается давление через вентиль 3. Резонансная труба 1 заканчивается проФили рованным соплом 4, Сопло 4 пер крывается диском 5, имеющим прорези б, Диск закреплен на валу электродвигателя (не показан). Образцовым преобразователем в устройстве служит оптический интерферометр, содержащий лазерный источник 7 света, светоделитель 8, зеркала 9 и 10, фото- приемник 11.Интерферометр расположен таким образом, чтобы его рабочий луч проходил через оптические окна 12 резонансной трубы 1, а опорный - через прорезь диска 5. В опорном плече интерферометра расположен компенсатор упругих колебаний, выполненный в виде камеры 13 переменного давления, включение которой осуществляется электромагнитным дистанционным клапаном 14 (Фиг. 1 и 2), Устройство содержит также измеритель частоты пульсаций, выполненный в виде источника 15 света, линзы 1 б светового экрана 17 с отверстием 18, совпадающим по форме с профилированным соплом 4, и фотоприемника 19, Элементы 15-18 и фотоприемник 19 расположены по разные стороны диска 5. При этом по отношению к прорезям диска опорный луч интерферометра и профилированное сопло 4 расположены таким образом, чтобы осуществлялся стробоскопический режим работы интерферометра в моменты времени, соответствующие уменьшению величины переменного давления за четверть периода.Камера переменного давления (фиг. 2) выполнена в виде оптической кюветы, ширина которой меняется, например, ступенчато по высоте (если интерферометр расположен горизонтально), Она содержит корпус 20 с оптическими окнами 21. При этом минимальная ширина одного из отсеков 22 камеры 13 не превышает 2 - 5 мм и на несколько порядков меньше ширины других отсеков.Пневмопроводом 23 камера 13 соединена через распределительный кран 24 с пневмоаккумулятором 25 (газовый баллон), образцовым манометром 26 и электромагнитным дистанционным устройством 14, состоящим из клапана 27, электромагнита 28 и концевого выключателя 29.Регистрирующая аппаратура (Фиг. 3) содержит импульсное сравнивающее устройство 30, имеющее два входа 31 и 32, четыре выхода 33 - 36 и два канала преобразования (канал А и канал Б), блок 37 управления, имеющий три входа 38 - 40 и один выход 41, блок 42 измерения, имеющий три входа 43 - 45, Блок 37 управления и блок 42;измерения образуют измеритель периода следования нулевых уровней фототока.Импульсиое сравнивающее устройство выполнено в виде Формирователя46 импульсов, вход которого соединен с первым входом преобразователя30 (по каналу А ), а выход соединенс входом дифференцирующей,цепочки 47,выход которой в свою очередь соединен с входами импульсного ограничителя 48 и инвертирующего ограничителя49. Выход импульсного ограничителя48 соединен с одиночным входом триггера 50, а выход инвертирующего ограничителя 49 - с нулевым входам триггера 50 и с первым входбм схемы 51совпадения и с выхцдом 33 двухканального функционального преобразователя 30Кроме того, схема содержит ограничитель 52 уровня, вход которогосоединен с вторым входом преобразователя 30 (по каналу Б). Выход ограничителя 52 уровня соединен с входомформирователя 53 импульсов, выход которого соединен с первым входом схемы 54 совпадения, второй вход которой соединен с выходом триггера 50и с выходом 34 преобразователя 30,Выход схемы 54 совпадения соединенс входом триггера 55, нулевой выходкоторого соединен с выходом 35 преобразователя 30, а единичный - с вторым входом схемы 51 совпадения, выход которой соединен с выходом 36преобразователя 30.Блок 37 управления выполнен в виде генератора 56, соединенного с первым входом схемы 57 совпадения, второй вход которой соединен с выходомтриггера 58. Нулевой вход триггера58 соединен с выходом схемы 59 сов.падения, входы которой соединены свходами 38 и 39 блока 37 управления. 40Единичный вход триггера 58 соединенс входом 40 блока 37 управления,Блок 42 измерения выполнен в видесхемы 60 совпадения, входы которойсоединены с входами 43 и 45 блока 4542 измерения и с входом реверсивногосчетчика 61 импульсов. Выход схемы60 совпадения соединен с первым входом реверсивного счетчика 62, второйвход которого соединен с выходом 5044 блока 42. Выходы реверсивных счетчиков 61 и 62 соединен соответственно с цифровыми табло 63 и 64.Выходы 33 - 36 двухканальногоФункционального преобразователя 30соответственно соединены с входами38, 43, 49 и 44 блока 37 управленияи блока 42 измерения, Входы 31 и 32блока 30 соответственно соединены через усилители ( не показаны) с выходИгми фотоприемников 19 и 11 (фиг. 1),Вход 40 блока 37 управления соединен с электрическим входам электромагнитного дистанционного клапана14 (фиг. 1, 2), т.е. с концевым выклю.чателем 29 (фиг. 2 ). 65 Устройство для динамической градуировки преобразователей давления работает следующим образом.. Включается задатчик 14 переменного давления, выбирается необходимая частота и амплитуда упругих колебаний 65 ( фиг. 4 ), Включается измеритель 15-19 частоты и образцовый измеритель 7 - 11 амплитУды Упру" гих колебаний. При этом сигнал с выхода фотоприемника 11 несет информацию об амплитуде колебаний в относительных единицах, с выхода Фотоприемника 19 - частоте.Поскольку вращающийся диск 5 ( Фиг. 1 ) вызывает одновременно пе- . риодические пульсации давления в камере 1 и пульсации света в интерферометре 7 - 11, то тем салым задается стробоскопический режим работы интерферометра с интервалом времени рабочих импульсов бб(фиг. 4 б), равным четверти периода упругих колебаний и периодом их следования, равным периоду упругих колебаний 65. фазовый сдвиг импульсов 66 относительно синусоиды 65 задается соответствующим расположением профилированного сопла и опорного луча света относительно прорезей диска 5. Он может быть задан любым, но в данном для упрощения дальнейшей обработки информации устройстве выбран таким, чтобы за период работы интерферомет. ра величина давления изменялась от 1,4 до 0,3 амплитудного значения колебаний.Для определения амплитудЫ давления в абсолютных единицах с помощью концевого выключателя 29 (фиг. 2) электромагнитного дистанционного клапана 14 кнопкой "Пуск" включается компенсатор упругих колебаний и регистрирующая аппаратура (фиг. 3 ).В камере 13 компенсатора упругих колебаний после его включения происходит монотонное изменение давления от Р да Р, например, по закону 67, представленном на фиг. 4 в В определенный момент времени происходит компенсация изменений показателя преломления в рабочем плече интерферометра за счет упругих колебаний соответствующим изменением показателя преломления в опорном плече интерферометра; происходящего за счет монотонного изменения давления в рабочей камере 13. В этот момент 68 (фиг,4 г ) на выходе Фотоприемника 11 наблюдается отсутствие Фотатока, Для определения величины компенсирующего давления определяется момент времени 68 с помощью электронной схемы, представленной на Фиг. 3. Этому моменту времени соответствует вполне конкретное давление в камере 13.Предварительно перед началомэкспериментов осуществляются операции с компенсатором 13 упругих колебаний (фиг. 2 ), расположенным накоординатном столике (не показан ).Перемещают компенсатор 13 в положение, при котором на оптической осинаходится отсек 22 с минимальнойшириной. Ширина этой части кюветызадается из условия получения такого смещения интерферационных полос 10за счет изменения статического дав ления 67 (фиг.4 в) в кювете, чтобыоно не выходило за пределы линейно 1го участка преобразовательйой кривой интерферометра (5), т.е. чтобы 15выполнялось соотношение д 6;Л/10,где- и - величина изменения показателя преломления при изменениистатического давления, например,от Р до Рс,. Затем открывают распределительный кран 24 и запускаютв камеру 13 через пневмопривод 23из пневмоаккумулятора 25 газ. Давление в камере 13 повышается дозначения Р, измеряемого образцовым 25манометром 26, распределительный кранпри этом ставят в другое положение.Нажимают кнопку "Пуск", при этомсрабатывает электромагнитный клапан 14, и газ из камеры 13 выходит ватмосферу. При этом статическое давление в камере 13 меняется по строгоопределенному временному закону 67(фиг. 6), который в виду аналогичного преобразования записывается на35самописце, подсоединенном в этомслучае через усилитель к фотоприемнику 11 (Фиг. 1) при включеннойрабочей регистрирующей аппаратуре(Фиг. 3 ),При работе устройства камеру 13 40передвигают в зависимости от амплитудй и частоты пульсаций давления водно из рабочих положений, при котором возможна в определенный моментвремени компенсация пульсаций показателя преломления за счет переменного давления изменением показателя преломления за счет изменениястатического давления.50Изменение ширины камеры в направлении оси интерферометра удается "увеличить диапазон пульсаций, которые могут быть скомпенсированы одним и тем же компенсатором.Несмотря на то что закон измене"ния статического давления, а значити показатель преломления в компенса- .торе 13, постоянный, закон изменения оптического пути 1 дО меняетсяв зависимости от ширины кюветы внаправлении луча Й 1, 82, Вз(Фиг. б ),Задачей регистрирующей аппаратуры,(фиг. 3), является определение момента времени, при котором происхо дит компенсация сигналов в обоих плечах интерферометра, т.е. когда ток, снимаемый с фотоприемника 11, равен нулю.Схема работает следующим образом.При поступлении в электромагнитный клапан 14 (Фиг. 1, 2) сигнала "Пуск" триггер 58 устанавливается в положение "1", что вызывает появление на его "единичном" выходе сигнала, разрешающего поступление импульсов с генератора 56 на вход блока 42 измерения.По мере поступления "токовых" импульсов на йход А (Фиг. 3) двухканального Функционального преобразователя 30 с Фотоприемника 19 (Фиг. 1) формирователь 46 формирует импульсы с крутыми фронтами, которые затем дифференцируются цепочкой 47 и через ограничитель 48 и инвертор-ограничитель 49 поступают на единичный и нулевой входы триггера 50.На вход Б преобразователя 30 поступают импульсы с Фотоприемника 11, характеризующие степень совпадения изМенений двух процессов в ветвях интерферометра. В случае, когда эти,импульсы присутствуют на входе 32 преобразователя 30, они проходят через ограничитель 52 уровня и формирователь 58 и поступают на схему 54 совпадения, соединенную с выходом триггера 50. При этом импульсы с выхода схемы 54 устанавливают триггер 55 в положение "1", при котором схема 51 открыта для прохождения импульсов с ограничителя 49, а схема 59 закрыта для прохождения этих импульсбв. Сформированные импульсы поступают из ограничителя 49 через схему 51 на вход счетчика 62 и приводят его. в нулевое состояние.Когда на входе Б импульсы отсутствуют, то триггер 55 находится в нулевом положении, при котором импульсы с инвертора ограничителя 49 не могут пройти через схему 51, а проходят через схему 59 на нулевой вход триггера 58, устанавливая его в нулевое положение, закрывая прохождение импульсов с генератора 5 импульсов на счетчики 61 и 62. Таким образом, на цифровом табло 63 и 64 регистрируются два числа: первое соответствует длительности "С, а второе - времени Т( фиг.4 г) .Путем сравнения показаний образцового и рабочего преобразователей на различных частотах обычным способом осуществляют динамическую градуировку.Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить точность динамической градуировки преобразователей давлений за счет измерения амплитуды переменногодавления в абсолютных единицах путем "привязки" образцовой аппаратуры к эталону статического давления.При этом к имеющимся достоинствам оптической образцовой аппаратуры, таким как бесконтактность иэмере 5 ний, высокое пространственное разрешение, безынерционность, добавляется такое важное достоинство как аб-.солютность измерений переменного давления, что ставит метрологичес кие исследования в области переменного давления на новую качественную основуФормула изобретения1. Стенд для динамической градуировки преобразователей давления оптическими средствами, содержащий за О датчик упругих колебаний, выполненный преимущественно в виде резонансной трубы переменной длины с профилированным соплом, диск с прорезями, установленный с возможностью 25 вращения напротив сопла, образцовый преобразователь, выполненный в виде двухлучевого интерферометра, состоящего из оптически связанных лазера, светоделителя, двух свето- ЗО отражателей, первого фотоприемника и компенсатора пульсаций показателя преломления, расположенного в опорном плече интерферометра, датчик частоты пульсаций, выполненный в виде оптически связанных источника коллимированного света и диафрагмы, совпадающей по Форме с профилированным соплом резонансной трубы, и второго Фотоприемника, расположенных по различные стороны диска, и регистрирующую аппаратуру, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что,с целью повышения точности градуировки,в него введены последовательно соединенные и подключенные к выходам первого и второго Фотоприемников импульсное сравнивающее устройство и измеритель периода следования нулевых уровней Фототока, подключенный к входу регистрирующей аппаратуры, а компенсатор пульсаций, выполнен в виде камеры переменного давления, прозрачной в направлении оптической оси, соединенной через введенный в стенд распределительный кран с пневмоаккумулятором, образцовым манометром и электромагнитным дистанционным клапаном, электричес" кий вход которого соединен с пусковым входом измерителя периода следования нулевых уровней фототока.2. Стенд по п,1 о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что камера переменного давления выполнена в виде оптической кюветы переменной ширины с возможностью перемещения в направлении, ортогональном оптической оси.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 679841, кл. С 01 Г 27/00, 1979.2, Авторское свидетельство СССРР 711760, кл. С 0127/00, 1980979927 Составитель О. Сафоновактор Т. Кугрышева Техред И.Надь. Кор Лемчик аказ 9346/30ВН.13035 1 ПП "Патент", г.5 жгород, ул.Проектная, 4 ил Тираж 887 И Государственн делам изобрете Москва, Ж, го комитета ий и открыт аушская наб