СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЕМКОСТИ БОЛЬШОЙ ВМЕСТИМОСТИ Российский патент 2014 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам определения вместимости емкостей газом.

Способ предназначен для определения объемов емкостей большой вместимости без использования мерной емкости.

Известен способ измерения объемов емкостей газом путем прямого и обратного перепусков (см. а.с. СССР №714156, G01F 17/00, 1980 г.).

Недостатком способа является применение мерных емкостей, сравнимых с объемом измеряемого изделия, что определяет большие площади под установку и другие материальные затраты.

Известен способ измерения объемов емкостей газом путем определения времени истечения его через сопло.

Газодинамический метод регламентирован стандартом ОСТ 92-5136-90 «Емкости герметичные изделий. Типовой технологический процесс контроля объемов газодинамическим методом». Возможности способа лимитированы величиной измеряемых объемов - до 500 л и погрешностью измерения не более ±0,5%.

Наиболее близким является способ измерения объемов емкостей газом, который лишен указанных недостатков, т.к. объем измеряемых емкостей может достигать 300 м³. Метод регламентирован отраслевым стандартом ОСТ 92-5116-89 «Емкости герметичные изделий. Типовой технологический процесс измерения объемов газовым ампульным методом».

Сущность способа состоит в измерении параметров газа в емкости до и после подачи в нее известной весовой дозы газа и вычислении объема емкости по расчетной зависимости.

Недостатком этого способа является недостаточная точность измерения, вызванная неточностью определения средней температуры газа в емкости в связи с температурным расслоением газа.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности способа определения объема емкости.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения объема емкости большой вместимости путем измерения параметров газа в емкости до и после подачи в нее известного весового количества газа и вычисления объема емкости, согласно изобретению, газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение в процессе повторного измерения параметров газа.

Отличительным признаком способа является то, что в способе определения объема емкости газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение газа в процессе повторного измерения его параметров, что позволяет повысить точность измерения средней температуры Т₂ газа по всему измеряемому объему емкости.

Газ при подаче в шар-баллон разогревается на значительную величину, а затем при подаче его по перепускной магистрали из шар-баллона в емкость температура падает, после чего при торможении в емкости изменяется до более высокого значения за счет тепла, получаемого от стенок перепускной магистрали, вызывая температурное расслоение газа и, как следствие, ошибку в измерении температуры, что искажает результаты измерения объема.

Температура, до которой необходимо охладить газ в шар-баллоне, определяется при технологической отработке способа, критерий достаточности охлаждения является равенство температур газа в емкости до и после подачи весовой дозы, т.е. когда T₁=T₂.

Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемый способ имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, что соответствует условию патентоспособности «новизна», а использование их в заявленной совокупности дает возможность получить новый технический эффект: повышение точности способа определения объема.

Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть осуществимо с использованием известных технических средств, и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ осуществляется следующим образом.

В измеряемую емкость устанавливается датчик температуры. Измеряется давление P₁ газа в емкости и его температура T₁. В шар-баллоне создается избыточное давление газа. Шар-баллон устанавливается в охлаждающую емкость чиллера-холодильника. Задается температура в чиллере-холодильнике около 258 К для охлаждения шар-баллона, например на - 15°C. Шар-баллон выдерживается в течение времени, определенного в результате технологической отработки, и подключается через перепускную магистраль к измеряемой емкости. Осуществляется подача весовой дозы газа в изделие до давления Р₂. Измеряется температура газа в изделии Т₂ и взвешивается опорожненный шар-баллон. Весовая доза определяется разницей веса шар-баллона до и после подачи газа в емкость.

При необходимости, если объем шар-баллона намного меньше объема измеряемой емкости, подача газа проводится неоднократно, например дважды.

По известной зависимости (ОСТ 92-5116-89) рассчитывается объем измеряемой емкости:

,

где G₁ - вес газа, поступившего в емкость при первой подаче, г;

G₂ - вес газа, поступившего в емкость в результате второй подачи, г;

R=287,096 - газовая постоянная воздуха, заправляемого в шар-баллон, Па·дм³/г·К;

Z - коэффициент сжимаемости воздуха, в соответствии с табл.2 ОСТ 92-5116-89.

Т₁ - значение абсолютной температуры в измеряемой емкости до подачи газа, К;

Т₂ - значение абсолютной температуры в измеряемой емкости после подачи газа, К;

P₁ - значение абсолютного давления в измеряемой емкости до подачи газа, Па;

Р₂ - значение абсолютного давления в измеряемой емкости после подачи газа, Па;

V_д - величина объемной деформации измеряемой емкости, соответствующая избыточному давлению при подаче газа, дм³;

V_л - величина объема соединительных линий (перепускной магистрали), дм³.

Пример конкретного осуществления способа.

Для отработки способа взята емкость вместимостью 25 м³, выполненная по требованиям к образцовым мерникам 1-го разряда по материалу и состоянию поверхности, что позволяет установить ее объем с погрешностью менее 0,05% дистиллированной водой.

Температурный датчик термометра А533-01-09 установлен по геометрическому центру емкости на расстоянии 2150 мм от верхнего среза емкости. Заливное и сливное отверстия емкости закрыты заглушками с резиновыми уплотнениями.

Манометр МПА-15 подключен к верхней заглушке. Газ из шар-баллона поступает по трубопроводу в емкость через нижнюю заглушку.

Измеряется давление и температура газа в измеряемой емкости: Р₁=100 кПа, Т₁=293 К. Шар-баллон объемом 50 л и весом 19875 г нагружается давлением 25500 кПа, охлаждается в охлаждающей емкости чиллера до температуры 258 К, охлажденный воздух из шар-баллона с воздухом весом G_Σ1=34937,5 г перепускается в емкость. Шар-баллон взвешивается, его вес - G_ш1=19875 г, фиксируется вес поданного в изделие воздуха G₁=G_Σ1-G_ш1. Шар-баллон повторно нагружается воздухом до давления 25500 кПа и веса G_Σ2=34937,5 г, повторно охлаждается до температуры 258 К и газ повторно подается в емкость до давления в ней Р₂=200 кПа, шар-баллон с остатками газа взвешивается G_ш1=19875 г, вес поданного повторно газа равен G₂=G_Σ2-G_ш2. Измеряется температура газа в емкости Т₂=293 К.

Рассчитывается объем измеряемого изделия

,

где

G₁=15062,5 г;

G₂=15062,5 г;

R=287,096 - газовая постоянная воздуха, заправляемого в шар-баллон, Па·дм³/г·К;

Z - коэффициент сжимаемости воздуха, в соответствии с табл.2 ОСТ 92-5116-89;

Z=0,99975;

Р₁=100 кПа;

Р₂=200 кПа;

T₁=293 K;

T₂=293 К;

V_д=0,25 дм³;

V_л=0,5 дм³.

.

Погрешность измерения объема равна:

.

Учитывая погрешность δ Vв измерения объемов водой 0,05%, получим δV=δVизм+δVв=0,13+0,05=0,18%, что меньше погрешностей измерения объема емкости известными способами.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам определения вместимости емкостей газом. Способ определения объема емкости большой вместимости путем измерения параметров газа в емкости до и после подачи в нее известного весового количества газа и вычисления объема емкости по соответствующей формуле. При этом согласно изобретению газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение в процессе повторного измерения параметров газа. Технический результат - повышение точности определения объема емкости большого размера.

Способ определения объема емкости большой вместимости путем измерения параметров газа в емкости до и после подачи в нее известного весового количества газа и вычисления объема емкости, отличающийся тем, что газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение в процессе повторного измерения параметров газа.