УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ОБЪЕМА ИЗДЕЛИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования пpи дискретном измерении внутренних объемов методом сравнения давления газа в двух емкостях при оценке годности как новых, так и работающих изделий, в частности изделий, длина которых многократно превышает внутренние поперечные размеры, и изделий с малыми внутренними размерами в поперечнике.

Известны устройства измерения внутренних размеров изделий, к которым относятся нутромеры (см. Справочник конструктора машиностроительного завода под редакцией А.Т.Якушева. М. Машиностроение, 1980, с. 371-377). По значениям замеряемых устройством размеров подсчитывается объем изделия.

Однако применение нутромеров для измерения малых размеров практически исключено из-за недостаточной жесткости измерительных элементов. По тем же причинам исключено измерение изделий, длина которых многократно превышает размеры в поперечнике.

Известно устройство для осуществления способа измерения объема емкости, содержащее калиброванную камеру, источник сжатого газа, связанный с калиброванной камерой через клапан входа газа, прибор измерения давления подключенный к калиброванной камере, клапан выхода газа, связанный с калиброванной камерой.

Известно, что объемы отдельных участков (при равной длине) изделий неодинаковы, так как площади их поперечных сечений у новых изделий отличаются из-за отклонений размеров и формы, а у работающих изделий, кроме того, в результате физического износа или отложений на стенках, поэтому годность изделия может оцениваться объемом отдельного участка с отклонениями размеров выше допустимых. Использование известного устройства не дает возможность произвести такую оценку, так как оно не измеряет объемы отдельных участков. Кроме того, расположенный вне измеряемого изделия клапан выхода газа необходимо соединить с объемом измеряемого отдельного участка трубопроводом, объем которого суммируется с измеряемым, что приводит к снижению точности измерений. Клапан выхода газа в изделиях малых диаметров не размещается из-за больших размеров средств управления этим клапаном, например электромагнита, или из-за перекрытия доступа к нему, если он ручного управления.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерений изделий.

Цель достигается за счет того, что в устройство введены соосно расположенные пустотелый корпус с ребордами, пустотелая шпилька, расположенная внутри пустотелого корпуса, две гайки, размещенные на концах пустотелой шпильки, эластичные уплотнительные прокладки, расположенные между обращенными друг к другу торцами реборд и гаек, неподвижный и вращаемый торцевые элементы в виде полых цилиндров, жестко соединенных концами с соответствующими гайками, крестообразный штуцер, размещенный внутри пустотелой шпильки и выполненный с поперечными и двумя продольными осевыми отводами, расположенными с противоположных сторон крестообразного штуцера, эластичный колпачок, калиброванная камера выполнена в виде жесткой трубки, а клапан выхода газа снабжен введенными рычагом, стержнем и штоком его управления. Причем в одном из поперечных отводов крестообразного штуцера выполнены сообщающиеся между собой радиальный и наклонный каналы, одна из реборд выполнена составной со сквозными радиальными каналами, в которых размещены поперечные отводы крестообразного штуцера, и наклонным каналом, один конец которого связан с наклонным каналом в отводе крестообразного штуцера, а второй выведен на поверхность свободного торца составной реборды, первый продольный осевой отвод крестообразного штуцера присоединен к клапану выхода газа, а второй закрыт эластичным колпачком, шток управления клапаном выхода газа расположен внутри второго продольного осевого отвода крестообразного штуцера с зазором относительно его стенок, стержень управления клапаном выхода газа установлен внутри неподвижного торцевого элемента с возможностью взаимодействия со штоком управления через эластичный колпачок и шарнирно связан с рычагом управления, закрепленным на неподвижном торцевом элементе со стороны его свободного конца, калиброванная камера установлена внутри вращаемого торцевого элемента, а клапаны входа и выхода газа расположены на ее противоположных концах.

Возможность достижения положительного эффекта обеспечивается тем, что на отдельном участке изделия с помощью пустотелого корпуса уплотнениями выделяется объем, равный разности действительного объема отдельного участка и объема пустотелого корпуса.

Если диаметр пустотелого корпуса приближать к номинальному диаметру изделия, то выделенный объем уменьшается и его величина приближается к объему, образовавшемуся из-за отклонений размеров и формы изделия.

Каналы подачи газа в штуцере и реборде соединены с выделяемым объемом и дополняют его. Чтобы уменьшить выделяемый объем, каналы подачи газа выполнены минимально короткими, для чего одни элементы измерителя введены в полости других. При этом обеспечивается дистанционное управление клапаном выхода газа, геpметизация выделенного объема и непосредственное присоединение калиброванной камеры к клапану выхода газа.

Выделенный объем и объем калиброванной камеры должны быть примерно одинаковы, поэтому калиброванная камера выполнена в виде трубки с малым поперечным сечением, выходящей за пределы изделия, что исключает применение трубопровода для связи с клапаном входа и измерителем давления газа.

На фиг. 1 изображен общий вид измерителя объема изделия; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2.

Измеритель внутреннего объема включает в себя размещенный в измеряемом изделии 1 корпус 2, имеющий две реборды цельную 3 (фиг.2,3) и составную 4 с наклонным каналом 5 и радиальными каналами. В эти каналы вложены поперечные отводы крестообразного штуцера 6: глухой отвод 7 и отвод 8 с радиальным 9 и наклонным 10 каналами, продольные отводы крестообразного штуцера 6 нижний 11, а верхний 12 с зазором введены в размещенную в полости корпуса 2 пустотелую шпильку 13, имеющую продольные пазы 14 для монтажа крестообразного штуцера 6. На выступающие концы пустотелой шпильки 13 установлены эластичные уплотнители 15 с жесткими шайбами 16 и навинчены затяжные гайки 17, соединенные с торцевыми элементами в виде полых цилиндров: неподвижным 18, шарнирно закрепленным на опоре 19, и вращаемым 20. В канал нижнего отвода 11 крестообразного штуцера введен клапан выхода газа 21 с золотником 22. В канале верхнего отвода 12 размещен с зазором шток 23 управления клапаном 21, частично встроенный в герметизирующий верхний отвод 12 эластичный колпачок 24.

Для силового воздействия на шток 23 внутри неподвижного торцевого элемента 18 размещен центрируемый шпилькой 13 стержень 25, шарнирно присоединенный верхним концом к двуплечему рычагу 26 (фиг.1), также шарнирно присоединенному к торцевому элементу 18.

К клапану 21 (фиг.2,3) присоединена калиброванная камера 27, размещенная внутри вращаемого торцевого элемента 20 и выполненная в виде трубки, нижний конец которой выступает за пределы торцевого элемента 20 и соединен с прибором измерения давления газа 28 (фиг.1), а через клапан 29 с источником сжатого газа.

Измеритель работает следующим образом.

Корпус 2 с незатянутыми эластичными уплотнениями 15 устанавливается на измеряемом участке изделия 1. При вращении торцевого элемента 20 размещенные между гайками 17 жесткие шайбы 16, эластичные уплотнения 15 и корпус 2 сжимаются усилием затяжки. Под действием этого усилия элементарные объемы эластичных уплотнений 15 перераспределяются в радиальных направлениях и наружные поверхности уплотнений плотно прилегают к стенкам изделия 1, герметизируя выделенный объем. При этом клапан выхода газа 21 закрыт, так как к рычагу приложено усилие F. Стержень 25 не соприкасается со штоком 23, а последний не воздействует на золотник 22 клапана 21. Калиброванная емкость и выделенный объем не соединены.

Далее открывается клапан 29 и от источника в трубку 27 подается определенное количество сжатого газа, а по прибору 28 регистриpуется его давление. Затем с двуплечего рычага 26 снимается усилие F, под действием силы своего веса стержень 25 опускается, деформируя эластичный колпачок 24, опускает шток 23 на золотник 22 и клапан 21 открыт. Через соединяющиеся клапаны продольных отводов крестообразного штуцера 6 и каналы 9, 10 поперечного отвода 8 и наклонный канал 5 в реборде корпуса 2 газ поступает в выделенный объем, образованный изделием 1, корпусом 2 и эластичным уплотнением 15. По прибору 28 определяется давление сжатого газа в соединенных калиброванной емкости и выделенном объеме. Пользуясь соотношением
Р_х ·V_k P_в·(Vk + V_в), (1) где P_k давление газа в калиброванной емкости;
V_k известный объем калиброванной емкости;
P_в давление газа в соединенных калиброванной емкости и выделенном объеме, определяют объем V_в. Сравнивая его с объемом эталона или нового образца, или объемом, подсчитанным аналитически, делают оценку годности изделия. Полный же объем измеряемого участка изделия определяется как сумма объема V_в и объема корпуса 2 за вычетом объемов каналов для прохода газа.

После второй регистрации давления газа ключом 20 снимается затяжка уплотнений 15, между ними и стенками изделия 1 образуются зазоры, через которые удаляется избыточное количество газа. Измеритель устанавливается на новом участке и процесс измерения повторяется.

Повышение достоверности результатов измерений при оценке годности изделий достигается тем, что выделяются объемы отдельных участков изделий, для чего в изделие вводится пустотелый корпус измерителя с наружным диаметром, близким к номинальному диаметру изделия. Тогда выделенный объем участка определяется через разность действительного объема и объема корпуса измерителя. Величину выделенного объема можно оценить через объем по номинальным размерам V_н и объем полученный из-за отклонения размеров V_o, т.е.

V_в V_н ± V_о (2) где знак "+" при увеличении размеров, в частности при износе;
знак "-" при уменьшении, в том числе при отложениях на стенке изделия.

Если диаметр корпуса измерителя будет близким к номинальному диаметру изделия, тогда V_н _→ V_o т.е. объем V_o сопоставляемый с V_н, становится более ощутимым.

Подставив правую часть равенства (2) в зависимость (1) и приняв V_н V_k, получим
P_в
(3) Из выражения (3) видно, что чем больше объем, образованный отклонениями размеров и формы, тем заметнее изменение давления P_в, а следовательно, и достоверность оценки давления по прибору его измерения.

Для уменьшения выделяемого объема каналы подачи газа выполнены минимально короткими, для чего одни элементы измерителя введены в полости других. При этом обеспечивается дистанционное управление клапаном выхода газа, герметизация выделенного объема и непосредственное присоединение калиброванной камеры к клапану выхода газа.

Выделенный объем и объем калиброванной емкости должны быть примерно одинаковыми, поэтому калиброванная емкость выполнена в виде трубки с малым поперечным сечением, выходящим за пределы изделия, что исключает применение трубопровода для связи с клапаном входа и измерителем давления газа.

Использование: дискретные измерения выделенных объемов на отдельных участках изделия. Сущность изобретения: устройство включает в себя герметизируемый корпус 2, установленную в нем пустотелую шпильку 13 для зажима уплотнений 15, гайки 17 на ее концах, соединенные торцевыми элементами. Находящийся внутри шпильки 13 крестообразный штуцер 6, поперечные отводы 7 и 8 которого введены в каналы корпуса 2, имеет каналы подачи газа в выделенный объем. В нижнем продольном отводе 11 расположен клапан вывода газа 21 из присоединенной к нему калиброванной емкости 27, к которой непосредственно подключены измеритель давления газа 23 и клапан входа газа. Для управления клапаном 21 введен шарнирно закрепленный на рычаге стержень 25 и шток 23, установленный в верхнем отводе крестообразного штуцера 6. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ОБЪЕМА ИЗДЕЛИЯ, содержащее калиброванную камеру, источник сжатого газа, связанный с калиброванной камерой через клапан входа газа, прибор измерения давления, подключенный к калиброванной камере, клапан выхода газа, связанный с калиброванной камерой, отличающееся, тем, что в него введены соосные пустотелый корпус с ребордами, пустотелая шпилька, расположенная в пустотелом корпусе, две гайки, размещенные на концах пустотелой шпильки, эластичные уплотнительные прокладки, расположенные между обращенных друг к другу торцами реборд и гаек, неподвижный и вращаемый торцевые элементы в виде полых цилиндров, жестко соединенных концами с соответствующими гайками, крестообразный штуцер, размещенный в пустотелой шпильке и выполненный с поперечными и двумя продольными осевыми отводами, расположенными с противоположных сторон крестообразного штуцера, эластичный колпачок, калиброванная камера выполнена в виде жесткой трубки, а клапан выхода газа снабжен рычагом, стержнем и штоком его управления, причем в одном из поперечных отводов крестообразного штуцера выполнены сообщающиеся между собой радиальный и наклонный каналы, одна из реборд выполнена составной со сквозными радиальными каналами, в которых размещены поперечные отводы крестообразного штуцера, и наклонным каналом, один конец которого связан с наклонным каналом в отводе крестообразного штуцера, а второй выведен на поверхность свободного торца составной реборды, первый продольный осевой отвод крестообразного штуцера присоединен к каналу выхода газа, а второй закрыт эластичным колпачком, шток управления клапана выхода газа расположен внутри второго продольного отвода крестообразного штуцера с зазором относительно его стенок, стержень управления клапаном выхода газа установлен внутри неподвижного торцевого элемента с возможностью взаимодействия с штоком управления через эластичный колпачок и шарнирно связан с рычагом управления, закрепленным на неподвижном торцевом элементе со стороны его свободного конца, калиброванная камера установлена внутри вращаемого торцевого элемента, а клапаны входа и выхода газа расположены на ее противоположных концах.