Способ и устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов

Способ и устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов

Реферат

 

Использование: в производстве стрелочных измерительных приборов при автоматизации их поверки. Технический результат заключается в упрощении автоматической поверки стрелочных измерительных приборов. Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов реализован на устройстве, содержащем программно управляемый оптический сканер планшетного типа, который, сканируя шкалу поверяемого прибора, при изменении входного сигнала от нуля до номинального значения конечной отметки шкалы, определяет графическую зависимость угла отклонения стрелки от сигнала, подаваемого на вход. При этом показания поверяемого прибора монотонно изменяются по известному закону в пределах от нуля до номинального значения конечной точки шкалы. Сущность изобретения заключается в том, что в результате сканирования шкалы прибора при изменении входного сигнала от нуля до номинального значения конечной отметки шкалы получают графическую зависимость угла отклонения стрелки от сигнала, подаваемого на вход прибора. 2 с.п ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована в производстве стрелочных измерительных приборов при автоматизации их поверки.

Известен способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, в котором устанавливают связь между углом поворота стрелочного указателя (У) и считываемым У, сканируют изображение индикаторной части прибора по минимальному количеству столбцов (строк) для заданного значения погрешности, запоминают изображение, соответствующее нулевому показанию прибора, задают дискретно возрастающий сигнал и запоминают второе изображение, соответствующее новому показанию прибора. Затем вычитают одно изображение из другого, производят сравнение числовых значений элементов полученных массивов с пороговым уровнем, находят две точки, определяющие положение средней линии указателя, определяют коэффициенты двух прямых, проходящих через точки, вычитают их, находят по разности угол поворота У, по которому определяют показание стрелочного прибора, и вычисляют погрешность измерения (см. А. С. СССР N 1383242, кл. G 01 R 35/00, 1986).

Недостатком известного способа является сложность обработки изображения индикаторной части прибора для определения погрешности поверяемого прибора.

Известно устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, которое представляет собой измерительное средство, агригатированное на основе микроЭВМ, подключенного к магистрали ЭВМ программно управляемого источника тестового сигнала, многоканального устройства обработки телевизионного изображения и ввода его в ОЗУ ЭВМ по программному каналу, связанного через коммутатор с несколькими телевизионными камерами, каждая из которых может формировать изображение некоторого количества поверяемых приборов (см. Свинолупов Ю.Г., Плотникова Т.Б. Автоматизация поверки аналоговых электроизмерительных приборов, "Приборы и системы управления", N7, 1993).

К причинам, препятствующим достижения указанного технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в нем для считывания показаний приборов используется телекамера, что усложняет процесс ввода изображения и определения показаний и влечет за собой введение дополнительных блоков обработки телевизионного изображения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, в котором подают на поверяемый прибор монотонно изменяющийся по известному закону в пределах от нуля до номинального значения конечной точки шкалы входной сигнал, оптически сканируют шкалу, рассчитывают моменты совмещения указателя с поверяемыми отметками, а погрешность прибора определяют как разность между номинальным значением отметки и значением входного сигнала в момент времени, соответствующий совмещению указателя с отметкой, причем в каждом цикле сканирования определяют момент отсчета показаний и показание прибора, определяют показание прибора во всех поверяемых точках, определяют зависимость между показаниями прибора и временем в ходе поверки в виде интерполирующего многочлена, из которого находят моменты совмещения указателя с поверяемыми отметками (см. Патент РФ N 2054689, кл. G 01 R 35/00, 1992), принятый за прототип.

Недостатком способа, принятого за прототип, является сложность и низкая точность, т.к. для определения погрешности по нему необходимо построить интерполяционный многочлен, связывающий показания прибора и время в ходе поверки.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений является устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, содержащее передающую телевизионную камеру, оптически соединенную с поверяемым прибором, блок обработки и управления, выход которого подключен к блоку формирования калиброванных сигналов, соединенного с клеммами для подключения поверяемого прибора (см. А. с. СССР N 1383242, кл. G 01 R 35/00, 1986), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в нем используется передающая телевизионная камера, что усложняет ввод и обработку изображения индикаторной части поверяемого прибора.

Сущность изобретения заключается в том, что в результате оптического сканирования шкалы прибора при изменении входного сигнала от нуля до номинального значения конечной отметки шкалы получают графическую зависимость угла отклонения стрелки от сигнала, подаваемого на вход прибора, без сложной обработки изображения индикаторной части прибора.

Технический результат - упрощение автоматической поверки стрелочных измерительных приборов.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе подают на поверяемый прибор монотонно изменяющийся по известному закону в пределах от нуля до номинального значения конечной точки шкалы входной сигнал, оптически сканируют шкалу, рассчитывают моменты совмещения указателя с поверяемыми отметками, а погрешность прибора определяют как разность между номинальным значением отметки и значением входного сигнала в момент времени, соответствующий совмещению указателя с отметкой.

Особенность заключается в том, что шкалу сканируют в направлении от оси вращения стрелки к отметкам с такой скоростью, чтобы за время изменения входного сигнала от нуля до номинального значения конечной отметки была считана зона от оси вращения стрелки до начала конечной отметки шкалы (зона А на фиг. 1), перпендикулярно этому направлению скорость сканирования устанавливают такой, чтобы результат считывания стрелки фиксировался в виде непрерывной траектории ее движения под действием входного сигнала.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту устройству достигается тем, что в известном устройстве содержится блок обработки и управления, выход которого подключен к блоку формирования калиброванных сигналов, соединенному с клеммами для подключения поверяемого прибора.

Особенность устройства заключается в том, что в него включен программно управляемый оптический сканер планшетного типа, на считываемое поле которого помещается поверяемый прибор, а выход сканера подключен к блоку обработки и управления.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства измерения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов предназначено для осуществления другого заявленного объекта - способа автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта-устройства, так и для объекта-способа, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги как для способа, так и для устройства заявленной группы, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам как способа, так и устройства заявленной группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов как для способа, так и для устройства - как наиболее близких по совокупности признаков аналогов, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "Новизна".

Для проверки соответствия каждого объекта заявленной группы изобретений условию "Изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками каждого из объектов заявленной группы изобретений преобразований на достижение технического результата, в частности, в каждом из объектов заявленной группы изобретений не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения; замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части (элемента, действия) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.); увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий: выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемая группа изобретений не основана на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена зона считывания шкалы поверяемого прибора при реализации заявляемого способа, на фиг. 2 - структурная схема устройства для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, на фиг. 3а - траектория движения стрелки под воздействием динамического входного сигнала, получаемая в результате считывания шкалы, на фиг. 3б - график зависимости угла отклонения стрелки от времени в ходе поверки или значений сигнала на входе.

Устройство для реализации заявляемого способа поверки содержит поверяемый прибор 1, программно управляемый оптический сканер планшетного типа 2, блок 3 управления и обработки (например, любая персональная или микроЭВМ), блок 4 формирования калиброванных сигналов (например, калибратор П 320/321).

Заявленный способ автоматической поверки реализуется на устройстве следующим образом.

Перед началом поверки стрелка поверяемого прибора 1 выставляется арретиром на нулевую отметку, прибор подключается к блоку 4 формирования калиброванных сигналов и помещается на поле считывания устройства 2.

Поверка начинается с подачи сигнала "Пуск" с блока 3 на устройство 2, по которому оно начинает сканировать шкалу прибора. Одновременно по сигналу "Пуск" на поверяемый прибор 1 с блока 4 начинает подаваться сигнал изменяющийся, например, по линейному закону F'= St (1) где S - известная скорость нарастания входного сигнала.

Скорость сканирования устройства 2 в направлении от оси вращения стрелки к отметкам устанавливается такой, чтобы за время нарастания входного сигнала нуля до номинального значения F_n конечной отметки шкалы была считана зона от оси вращения до начала конечной отметки шкалы (зона А на фиг. 1). Перпендикулярно этому направлению скорость сканирования устанавливается такой, чтобы результат считывания стрелки фиксировался в виде непрерывной линии. Установка требуемых скоростей сканирования обеспечивается тем, что в планшетном сканере, который используется в устройстве для реализации способа поверки, одна из координат считывания обеспечивается механическим перемещением с помощью шагового двигателя считывающей головки на базе ПЗС-матрицы (прибор с зарядовой связью), а сканирование в перпендикулярном направлении проводится электронным опросом ПЗС-матрицы. Таким образом, блок 3 управляя шаговым двигателем сканера 2 задает необходимую скорость перемещения считывающей головки по первой координате, а скорость электронного сканирования по второй координате настолько высока, что траектория перемещения стрелки поверяемого прибора 1 под действием динамически изменяющегося сигнала с блока 4 всегда фиксируется в виде непрерывной линии, фиг. 3а.

Во время сканирования устройство 2 формирует изображение индикаторной части прибора, а после завершения передает его в блок 3. Полученное изображение, при указанных выше скоростях сканирования, содержит траекторию движения стрелки под действием входного сигнала и изображения поверяемых отметок, фиг. 3а.

Погрешность прибора в поверяемых точках определяется по методу совмещения.

Угловые положения поверяемых отметок с номиналами F₁, F₂, F₃...F_n (2) всегда известны (при линейной шкале они априорно известны, а при индивидуальной шкале могут быть дополнительно определены перед поверкой конкретного прибора, см. Свинолупов Ю.Г., Плотникова Т.Б. Автоматизация поверки аналоговых электроизмерительных приборов// Приборы и системы управления, N7, 1993): ₁,₂,₃..._n. (3) В момент начала поверки стрелка находится в крайнем левом положении по шкале на нулевой отметке, что соответствует точке начала траектории ее движения на фиг. 3а, а в момент завершения поверки в крайнем правом положении на шкале - точка завершения траектории, то изменение ее углового положения от времени t в ходе поверки можно представить графиком, фиг. 3б, на котором угловое положение отложено по оси ординат, а время t - по оси абсцисс. При известном законе изменения (1) входного сигнала во время поверки ось абсцисс на данном графике, фиг. 3б, легко разметить в значениях входного сигнала F'. По полученному графику определяются значения входного сигнала F'₁, F'₂, F'₃...F'_n (4) в моменты достижения стрелкой угловых положений _i из ряда (3).

Таким образом, абсолютная погрешность прибора в поверяемых отметках определяется как разность между значением входного сигнала из ряда (4) и номинальным значением поверяемой отметки из ряда (2) Приведенная погрешность прибора в поверяемых отметках определяется по известной формуле _i= _i/F_n. (6) При использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно при производстве стрелочных измерительных приборов; для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию "Промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, согласно которому подают на поверяемый прибор монотонно изменяющийся по известному закону в пределах от нуля до номинального значения конечной точки шкалы входной сигнал, оптически сканируют шкалу, рассчитывают моменты совмещения указателя с поверяемыми отметками, а погрешность прибора определяют как разность между номинальным значением отметки и значением входного сигнала в момент времени, соответствующий совмещению указателя с отметкой, отличающийся тем, что шкалу сканируют в направлении от оси вращения стрелки к отметкам с такой скоростью, чтобы за время изменения входного сигнала от нуля до номинального значения конечной отметки была считана зона от оси вращения стрелки до начала конечной отметки шкалы, перпендикулярно этому направлению скорость сканирования устанавливают такой, чтобы результат считывания стрелки фиксировался в виде непрерывной траектории ее движения под действием входного сигнала.

2. Устройство для автоматической поверки стрелочных измерительных приборов, содержащее блок обработки и управления, выход которого подключен к блоку формирования калиброванных сигналов, соединенному с клеммами для подключения поверяемого прибора, отличающееся тем, что в него включен программно управляемый оптический сканер планшетного типа, на считываемое поле которого помещается поверяемый прибор, а выход сканера подключен к блоку обработки и управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3