СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКОГО ТЕЧЕИСКАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК G01M3/00 

Область техники

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий.

Подробное описание

Известны способы калибровки газоаналитических течеискателей [1], осуществляемые по регистрации потоков газа через дроссели. Потоки газа через дроссели могут протекать в молекулярном, молекулярно - вязкостном и вязкостном режимах. Стабильность этих потоков невелика в связи с тем, что, с одной стороны, они подвержены влиянию изменения барометрического давления и температуры окружающей среды, а с другой - выходные отверстия калибровочных дросселей засоряются из-за механических примесей и влаги, находящихся в испытательном (пробном) газе.

Цель изобретения: повышение стабильности калибровки газоаналитических течеискателей за счет использования частотных методов управления молекулярным расходом.

На фиг.1 приведена схема, поясняющая способ калибровки газоаналитических течеискателей. Схема включает в себя: измерительный объем V_i 1, находящийся под постоянным давлением P_i; калибровочный объем V₀ 2, камеру сброса V_k 3, в которой поддерживается постоянное давление P_k. Калибровочный объем соединяется с измерительным объемом и камерой сброса через клапаны 4 и 5, соответственно. При этом, давление P_i будет больше давления P_k, вследствие чего, поток газа направлен из измерительного объема через калибровочный объем в камеру сброса через клапаны 4 и 5, управляемые с помощью инверсных сигналов t и генератора 6, регистрируемых частотомером 7.

Способ калибровки газоаналитического течеискателя осуществляется следующим образом. В исходном положении клапан 4 под действием сигнала t открыт, клапан 5 под действием сигнала закрыт. Пробный газ заполняет измерительный 1 и калибровочный 2 объемы и находится под давлением P_i. Количество молекул N_i в калибровочном объеме V₀ будет равно:

где k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура газа.

По сигналу калибровочный объем 2 соединяется через открытый клапан 5 с камерой сброса 3, а закрытый клапан 4 изолирует его от измерительного объема 1. Пробный газ заполняет калибровочный объем 2 и камеру сброса 3 и находится под давлением P_j. Количество молекул N_j в калибровочном объеме V₀ будет равно:

При давлении P_i>P_k количество молекул, перетекающих из измерительного объема 1 в камеру сброса 3 через калибровочный объем 2 за один такт будет равен:

За n тактов генератора общее число молекул будет равно:

Молекулярный расход определяться по формуле:

Учитывая, что - частота переключении генератора, молекулярный расход Q_N будет определяться по формуле:

Общий поток газа Q через калибровочный объем будет равен:

Введем обозначение коэффициента расхода α:

Отсюда калибровочная характеристика Q=f(ΔP)

Поскольку коэффициент расхода α не зависит от температуры и давления газа, уравнение (9) представляет собой линейную функцию потока Q от перепада давления (P_i-P_k).

В частном случае, если давление в камере сброса будет равно атмосферному P₀, то поток будет равен:

где P* - избыточное давление.

Величина потока при калибровке газоаналитического течеискателя определяется расчетным путем и зависит от частоты переключений клапанов 4 и 5, фиксируемой частотомером 7, давления в измерительном объеме, измеряемого манометром 8, и величины калибровочного объема V₀.

Предлагаемый частотный способ повышает стабильность потоков пробных газов при калибровке газоаналитического течеискателя путем исключения влияния изменения барометрического давления, температуры окружающей среды и механических примесей, находящихся в пробном газе.

Использование способа в манометрических приборах контроля герметичности

Рассмотренный частотный способ может быть использован также в манометрических приборах контроля герметичности, где основным показателем при калибровке является давление. Цель предложенного способа - определение малого изменения давления в измерительном объеме, которое не может быть зарегистрировано существующими приборами измерения давления,

Рассмотрим работу схемы, приведенной на фиг.1, при изменении давления во взаимосвязанных объемах. При открытии клапана 4 измерительный объем V_i соединяется с калибровочным объемом V₀, в результате чего образуется усредненное давление P_cp.:

где P₀ - атмосферное давление.

За один такт переключения объемов происходит падение давления в измерительном объеме на величину Δp:

За n тактов падение давления составит ΔP=nΔp.

За достоверную величину давления, контролируемого по манометру, принята цена деления прибора Δφ. Следовательно,

Таким образом, принимая условие равенства общего падения давления в измерительном объеме за n тактов работы генератора цене деления прибора, можно рассчитать малое значение падения контролируемого давления в измерительном объеме по формуле:

Увеличение числа тактов работы генератора n позволит определить малые значения падения давления пробного газа, используемого при калибровке манометрических приборов контроля герметичности.

Описание устройства для калибровки газоаналитического течеискателя.

Для реализации описанных способов калибровки предлагается устройство, представленное на фиг.2. Устройство состоит из сборного корпуса 9, разделенного мембранами 10 и 11 на камеры А, Б, В, Г. Камеры А и Г являются камерами управления, к которым поступают инверсные сигналы t и от генератора. Камеры Б и В соединены с измерительным объемом и камерой сброса, соответственно. На мембранах 10 и 11 жестко закреплены заслонки 12 и 13, перекрывающие входное и выходное отверстия калибровочного объема 14 под действием инверсных сигналов t и .

Принцип действия устройства заключается в следующем. Под действием сигнала (сигнал t отсутствует) заслонка 13 перекрывает выходное отверстие калибровочного объема, а заслонка 12 открывает входное отверстие. При этом измерительный объем соединяется с калибровочным объемом 14, в котором устанавливается давление P_i. Под действием сигнала t (сигнал отсутствует) заслонка 12 перекрывает входное отверстие, а заслонка 13 открывает выходное отверстие. Давление P_i из калибровочного объема сбрасывается в камеру сброса V_k и в калибровочном объеме устанавливается давление P_cp. За n тактов давление P_i может быть уменьшено до величины цены деления манометра Δφ, являющееся достоверной величиной контролируемого падения давления.

Список литературы

Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т./Под общ. Ред. В.В. Клюева. Т.2. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2006, с.229-230.

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий и направлено на повышение стабильности калибровки газоаналитических течеискателей за счет использования частотных методов управления молекулярным расходом, что обеспечивается за счет того, что измерительный объем заполняют пробным газом под испытательным давлением и соединяют с камерой сброса давления. Между измерительным объемом и камерой сброса давления помещают калибровочный объем, который соединяется с камерами через клапаны, частотно управляемые инверсными сигналами от генератора. Величина потока при калибровке газоаналитического течеискателя определяется расчетным путем и зависит от частоты переключений клапанов, фиксируемой частотомером, давления в измерительном объеме, измеряемого манометром, и величины калибровочного объема. Для определения достоверного малого изменения давления принимается условие равенства общего падения давления в измерительном объеме за n тактов цене деления контролируемого манометра. Устройство для калибровки газоаналитического течеискателя состоит из сборного корпуса, разделенного мембранами на камеры и включает в себя калибровочный объем с двумя отверстиями, перекрываемыми заслонками под действием инверсных сигналов от генератора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ калибровки газоаналитических течеискателей и манометрических приборов контроля герметичности по потоку газа и изменению давления в измерительном объеме, заключающийся в том, что измерительный объем заполняют пробным газом под испытательным давлением и соединяют с камерой сброса давления, отличающийся тем, что между измерительным объемом и камерой сброса давления размещают калибровочный объем, соединенный с камерами через клапаны, частотно управляемые тактовыми инверсными сигналами, что позволяет определять калибровочную характеристику потока газа, линейно зависящего от общего перепада давления.

2. Способ калибровки по п.1, отличающийся тем, что при использовании в манометрических приборах контроля герметичности принимается условие равенства общего падения давления в измерительном объеме за n тактов работы генератора цене деления контролируемого манометра.

3. Устройство для калибровки, состоящее из сборного корпуса, разделенного мембранами на четыре камеры, отличающееся тем, что две камеры являются камерами управления, к которым поступают инверсные сигналы от генератора, третья камера расположена между калибровочным и измерительным объемами, а четвертая камера - между калибровочным объемом и камерой сброса, причем калибровочный объем ограничен двумя заслонками, жестко закрепленными на мембранах, перекрывающими входное и выходное отверстия под действием инверсных сигналов от генератора.