СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА НЕГЕРМЕТИЧНОЙ ЕМКОСТИ Российский патент 2016 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению объема крупногабаритных негерметичных емкостей в аэрокосмической, ядерной, нефтехимической, пищевой и горной промышленностях.

Известен способ определения объема негерметичной газонаполненной емкости (Пат. RU №2018790, МПК: G01F 17/00, опубл: 30.08.1994), при котором в контролируемую емкость вводят фиксированное количество P_г·V_г индикаторного газа, измеряют давление Ρ смеси, концентрацию в нем индикаторного газа и обрабатывают результаты измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет проведения измерения в однородной среде, перед введением индикаторного газа и в процессе всего определения непрерывно перемешивают газ в емкости, перед введением индикаторного газа измеряют его фоновую концентрацию в емкости С_ф, по величине С_мин нижнего предела индикации, характеризующего средство измерения и предварительно определенному ориентировочному объему V контролируемой емкости определяют фиксированное количество индикаторного газа, отвечающее соотношению

где Ρ_г - абсолютное давление индикаторного газа;

V_г - объем индикаторного газа при абсолютном давлении Р_г,

после начала введения индикаторного газа в контролируемую емкость непрерывно измеряют его концентрацию и продолжают измерения после окончания введения до достижения уровня концентрации, составляющего 0,7-0,8 от ее максимального расчетного значения соответствующего условиям мгновенного введения в объем V всего количества индикаторного газа без потерь, а при обработке результатов измерений находят значение объема емкости V_емк из выражения

К недостаткам данного способа можно отнести сложность, заключающуюся во введении в испытываемую емкость фиксированного количества индикаторного газа с непрерывным перемешиванием газа в емкости, измерении фоновой концентрации индикаторного газа в емкости, по величине нижнего предела индикации, характеризующего средство измерения, и ориентировочному объему емкости определяют количество индикаторного газа, рассчитывают максимальное значение концентрации, соответствующее условиям мгновенного введения в объем всего количества индикаторного газа без потерь, а объем емкости определяют из математического выражения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому известен способ определения объема негерметичной емкости с ламинарным характером истечения газа из нее (Пат. Ru №2026533, МПК: G01F 17/00, опубл: 09.01.1995 г.), включающий создание избыточного давления в ней с последующим отключением источника давления, регистрацию изменения давления во времени в негерметичной емкости и определение объема негерметичной емкости, отличающийся тем, что вычисляют постоянную времени негерметичной емкости, затем подключают негерметичную емкость к эталонной емкости, соблюдая условия свободного перетекания газа между ними, создают в образованной из негерметичной и эталонной емкостей системе избыточное давление с последующим отключением источника давления, регистрируют изменение давления в образованной системе, на основании чего вычисляют постоянную времени образованной системы, а определение объема негерметичной емкости производят по вычислительным значениям постоянных времени негерметичной емкости и образованной системы и по объему эталонной емкости.

Недостатком данного способа является большая материалоемкость, сложность, связанная с необходимостью использования эталонной емкости, а также обеспечение ламинарности перетока газа из емкости в емкость, причем невыполнение последнего условия приводит к значительной погрешности.

Задачей изобретения является снижение материалоемкости, упрощение способа определения объема негерметичной емкости.

Технический результат - повышение точности определения объема негерметичной емкости.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается, способом определения объема негерметичной емкости, заключающимся в повышении давления в испытуемой емкости, с последующим отключением источника давления, регистрации изменения давления во времени, в котором согласно изобретению повышение давления производят подачей газа в емкость с одновременным измерением времени подачи газа через газовый расходомер, измерением изменения температуры посредством датчика температуры, затем отключают подачу газа и измеряют время восстановления давления и температуры до первоначальных значений, а объем негерметичной емкости определяют по формуле:

где Q_зак - объем закаченного газа через счетчик,

t₁, t₂ - время изменения параметров (давление, температура) в испытуемой емкости,

T₀ и T₁ - температура в емкости до и после закачки газа, соответственно,

р₀ и р₁ - давление в емкости до и после закачки газа, соответственно,

R - газовая постоянная (удельная).

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема определения объема негерметичной емкости.

Пример конкретной реализации способа

Схема определения объема негерметичной емкости содержит емкость определяемого объема 1, источник давления (в данном случае компрессор) 2, ресивер 3, газовый расходомер 4, манометр 5, термометр 6.

В негерметичную емкость 1 закачивается газ, например воздух компрессором 2 через ресивер 3 и счетчик 4 массой Q_зак, в результате чего давление в емкости 1, измеряемое манометром 5, возрастает от р₀ до р₁, а температура, замеряемая термометром 6, - от Т₀ до Т₁, за время t₁. Затем закачку прекращают, замеряют время t₂ снижения давления от значения р₁ до р₀, температуры от T₁ до T₀. Если q_ут - среднее значение утечки из негерметичной емкости (кг/с), то

где m₀ - начальная масса газа в емкости,

T₀ и T₁ - температура в емкости до и после закачки газа соответственно,

R - газовая постоянная (удельная).

Выражая из уравнений (2) и (3) q_уm (предполагаем, что расход «утечек» во время закачки газа и после остается постоянным) и приравнивая полученные выражения, получим:

из (2):

из (3):

Приравниваем:

Собираем:

Решая систему, находим объем негерметичной емкости

Итак, заявленное изобретение позволяет снизить материалоемкость, повысить точность определения объема негерметичной емкости.

Использование: определение объема крупногабаритных негерметичных емкостей в аэрокосмической, ядерной, нефтехимической, пищевой и горной промышленностях. Способ определения объема негерметичной емкости включает повышение давления в испытуемой емкости, отключение источника давления, регистрацию изменения давления во времени. При этом повышение давления производят подачей газа в емкость с одновременным измерением времени подачи газа через газовый расходомер, измерением изменения температуры посредством датчика температуры. Затем отключают подачу газа и измеряют время восстановления давления и температуры до первоначальных значений, а объем негерметичной емкости определяют по формуле: $$V_0=\frac{Q_{зак}}{\left(\frac{p_1}{R{T}_1}-\frac{p_0}{R{T}_0}\right)}\frac{t_2}{t_1+t_2}$$ ,

где Q_зак - масса закаченного газа через счетчик, t₁, t₂ - время изменения параметров (давление, температура) в испытуемой емкости, Т₀ и Т₁ - температура в емкости до и после закачки газа соответственно, р₀ и р₁ - давление в емкости до и после закачки газа соответственно, R - газовая постоянная (удельная). Техническим результатом является повышение точности определения объема негерметичной емкости. 1 ил.

Способ определения объема негерметичной емкости, заключающийся в повышении давления в испытуемой емкости, отключении источника давления, регистрации изменения давления во времени, отличающийся тем, что повышение давления производят подачей газа в емкость с одновременным измерением времени подачи газа через газовый расходомер, измерением изменения температуры посредством датчика температуры, затем отключают подачу газа и измеряют время восстановления давления и температуры до первоначальных значений, а объем негерметичной емкости определяют по формуле:
$$V_0=\frac{Q_{зак}}{\left(\frac{p_1}{R{T}_1}-\frac{p_0}{R{T}_0}\right)}\frac{t_2}{t_1+t_2}$$
где Q_зак - масса закаченного газа через счетчик;
t₁, t₂ - время изменения параметров (давление, температура) в испытуемой емкости,
Т₀ и Т₁ - температура в емкости до и после закачки газа соответственно,
р₀ и р₁ - давление в емкости до и после закачки газа соответственно,
R - газовая постоянная (удельная).