КОНТРОЛЬНАЯ ТЕЧЬ Российский патент 2018 года по МПК G01F13/00 G01M3/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к контрольным течам, и может найти применение в тех областях техники, где проводится контроль герметичности изделий с получением количественных характеристик негерметичности, выполняется настройка, определение чувствительности и метрологическое обеспечение течеискательной аппаратуры.

Известна капиллярная контрольная течь (ОСТ 92-2125-87. Контрольные течи. Технические условия), выполненная в виде металлического баллона, который заполняется пробным газом. Для получения стабильного потока пробного газа используется тянутый стеклянный капилляр, устанавливаемый герметично в корпус контрольной течи. Однако недостатком является то, что в процессе истечения пробного газа, давление газа в баллоне уменьшается и, соответственно, изменяется величина потока, а учитывая, что поток от контрольной течи является эталонным значением для расчета величины негерметичности изделия при проведении испытаний его на герметичность, то неточность величины потока может отразиться на неправильной оценке герметичности изделия.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является контрольная течь, которая содержит электронное устройство и отражает на дисплее в текущий момент времени цифровое значение потока пробного газа через проницаемый элемент, выраженное в единицах измерения потока и определяемое по известному соотношению, полученному в процессе ее калибровки (Патент РФ на ПМ №108142, опубл. 10.09.11). Недостатком данного устройства является необходимость периодической калибровки с целью уточнения калибровочного графика и корректировки поправочных коэффициентов.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи, обеспечение удобства ее эксплуатации.

Для решения этой проблемы контрольная течь, содержащая герметичный непроницаемый корпус, заполненный пробным газом, герметично встроенный в корпусе проницаемый элемент и прибор, регистрирующий давление газа в корпусе и преобразующий давление газа в пропорциональный электрический сигнал, электронное устройство, отражающее на дисплее в текущий момент времени цифровое значение потока пробного газа через проницаемый элемент, согласно изобретению дополнительно содержит датчик температуры и электронный таймер, сообщенные с электронным устройством, в память которого заложены значение измеренного внутреннего объема полости течи и соотношения, позволяющие автоматически определять поток пробного газа

,

где

Q - поток пробного газа от контрольной течи в процессе эксплуатации, м³⋅Па/с;

t_А - среднее значение температуры среды в процессе автокалибровки течи, °С;

t - температура среды в процессе эксплуатации течи, °С;

К_Т - поправочный температурный коэффициент;

Q_A - поток пробного газа, определенный в процессе автокалибровки по соотношению

,

где

V_T - объем внутренней полости контрольной течи, м³;

Р₀ - давление пробного газа в течи в начальный момент измерения, Па;

P₁ - давление пробного газа в течи в конечный момент измерения, Па;

τ - время между измерениями давления Р₀ и P₁, с.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:

- снабжение течи электронным таймером и датчиком температуры позволяет измерять время, в течение которого давление пробного газа в корпусе течи изменяется от значения Р₀ до давления P₁ и среднее значение температуры течи за этот период;

- введение в память электронного устройства значения внутреннего объема полости течи и соотношений, позволяющих определять (рассчитать) величину потока пробного газа течи, что обеспечивает выполнение автоматической калибровки контрольной течи, нажатием кнопки.

Сравнение заявляемого технического решения - контрольной течи - с уровнем техники по научно-технической литературе и патентным источникам показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна.

Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «промышленная применимость».

Предлагаемая конструкция течи иллюстрируется чертежом, где изображена структурная схема контрольной течи.

В состав течи входит герметичный металлический корпус 1, снабженный заправочным клапаном 2, через который в корпус течи заполняется пробный газ. В корпус герметично устанавливается проницаемый элемент 3, например стеклянный тянутый капилляр. К корпусу герметично присоединен датчик давления 4, с помощью которого измеряется давление пробного газа в корпусе течи. Измеренное значение давления пробного газа в виде сигнала поступает на микроконтроллер 5 (электронное устройство). На микроконтроллер 5 также приходят сигналы с микросхемы часов реального времени 6 (электронный таймер), датчика температуры 7. После необходимой обработки рабочие параметры контрольной течи выводятся на жидкокристаллический дисплей 8.

Датчик давления 4 предназначен для измерения давления пробного газа в корпусе течи, преобразования давления в электрический сигнал, пропорциональный давлению, и передачи сигнала на микроконтроллер 5.

Датчик температуры 7 предназначен для измерения температуры в помещении и течи в процессе автокалибровки, необходимой для определения и введения в расчетную формулу температурной поправки в процессе эксплуатации, преобразования температуры в электрический сигнал, пропорциональный температуре, и передачи сигнала на микроконтроллер.

Микроконтроллер 5 предназначен для приема и обработки сигналов, поступающих со всех устройств контрольной течи, запоминания и обработки этих сигналов, определения величины потока пробного газа по известному соотношению и индикации значения потока пробного газа на дисплее в требуемых единицах измерения.

Микросхема часов реального времени 6 предназначена для измерения необходимых отрезков времени и посылки сигнала по окончании измеренного отрезка времени на микроконтроллер.

Работа контрольной течи осуществляется следующим образом. После измерения объема внутренней полости течи (гравиметрическим или газовым методом), установки в корпус 1 требуемого проницаемого элемента 3, заполнения течи пробным газом и первичного определения потока пробного газа, введения в память электронного устройства 5 значения объема внутренней полости течи V_T и поправочного коэффициента К_Т, контрольная течь может быть использована для проведения испытаний на герметичность изделий. В процессе эксплуатации поток пробного газа через проницаемый элемент 3 уменьшается, так как уменьшается давление пробного газа в корпусе течи. Для уточнения потока пробного газа на контрольной течи включается кнопка для выполнения операции «автокалибровка», т.е. определение потока пробного газа. В момент включения кнопки «автокалибровка» микроконтроллер 5 фиксирует с микросхемы часов 6 реального времени и запоминает начало отсчета времени, на микроконтроллер 5 подается сигнал с датчика давления 4, пропорциональный значению давления пробного газа, и запоминается это значение. С датчика температуры 7 на микроконтроллер 5 также подается сигнал, запоминается значение температуры. Далее температура измеряется и запоминается через определенные промежутки времени, с целью определения среднего значения температуры в процессе калибровки. По окончании процесса автокалибровки, время выполнения которой задано заранее и контролируется по микросхеме часов 6 реального времени, на микроконтроллер подается сигнал для измерения и запоминания давления пробного газа с датчика давления 4 и окончания измерения и осреднения значений с датчика температуры 7.

Значение потока пробного газа Q_A, м³⋅Па/с, определенное в процессе автокалибровки, вычисляется по соотношению

где V_T - объем внутренней полости контрольной течи, м³;

Р₀ - давление пробного газа в течи в начальный момент измерения, Па;

P₁ - давление пробного газа в течи в конечный момент измерения, Па;

τ - время между измерениями давления Р₀ и P₁, с.

В процессе эксплуатации при подаче питания на контрольную течь, на дисплей с микроконтроллера подается сигнал на индикацию значения потока пробного газа Q с учетом температурной поправки, рассчитанного по соотношению

где Q - поток пробного газа от контрольной течи в процессе эксплуатации, м³⋅Па/с;

t_A - среднее значение температуры среды в процессе автокалибровки течи, °С;

t - температура среды в процессе эксплуатации течи, °С;

К_Т - поправочный температурный коэффициент.

Таким образом, применение предлагаемой конструкции контрольной течи с операцией автоматической калибровкой позволит точнее определять поток пробного газа непосредственно перед испытаниями изделий на герметичность. Это особенно актуально для контрольных течей с потоками пробного газа в диапазоне от 10^-5 до 10^-4 м³⋅Па/с, так как поток пробного газа для таких течей за неделю изменяется до десятков процентов. Изменение потока пробного газ от контрольной течи δQ, %, в процентном выражении оценивается по соотношению (Евлампиев А.И., Попов Е.Д., Сажин С.Г., Сумкин П.С. Течеискание. М.: Издательский дом «Спектр», 2011)

где Q - поток пробного газа контрольной течи, м³⋅Па/с;

τ - время истечения пробного газа, с;

Р - давление пробного газа в полости течи, Па;

V_T - объем внутренней полости контрольной течи, м³.

Учитывая, что объем внутренней полости течи составляет порядка 0,0002 м³, а максимальное давление заполняемого пробного газа составляет 1,0 МПа (10 кгс/см²), то по вышеприведенному соотношению получается, что поток пробного газа за неделю (7 дней ×24 часа ×3600 с = 604800 с) изменится для контрольных течей

- с потоком 1,0⋅10^-5 м³⋅Па/с на 3,02%;

- с потоком 1,0⋅10^-4 м³⋅Па/с на 30,2%.

При проведении автоматической калибровки с применением датчика измерения абсолютного давления типа Rosemount 3051S, основная относительная погрешность которого составляет ±0,02% (Тематический каталог. Датчики давления. ЗАО «ПГ «Метран»), абсолютная ошибка при измерении абсолютного давления 1,1 МПа составит ±220 Па. По ОСТ 92-2125-87 погрешность измерения потока пробного газа для капиллярных контрольных течей не более ±30%. Для уменьшения влияния погрешности измерения давления на величину определяемого потока пробного газа зададим значение изменения давления Р₀-P₁=4400 Па, тогда время автоматической калибровки по соотношению из формулы изобретения составит для контрольной течи:

- с потоком пробного газа 1,0⋅10^-4 м³⋅Па/с ~ 2,4 часа;

- с потоков пробного газа 1,0⋅10^-5 м³⋅Па/с ~ 24,4 часа.

Изобретение относится к контрольным течам и может быть использовано, например, для получения количественных характеристик негерметичности изделий, настройки и определения чувствительности течеискательной аппаратуры. Сущность: контрольная течь содержит герметичный непроницаемый корпус (1), заполненный пробным газом, с герметично встроенным в него проницаемым элементом (3); датчик давления (4) пробного газа в корпусе (1), электронное устройство (5), отражающее на дисплее (8) в текущий момент времени цифровое значение потока пробного газа через проницаемый элемент (3); электронный таймер (6) и датчик (7) температуры, сообщенные с электронным устройством (5). При этом в память электронного устройства (5) заложены значение измеренного внутреннего объема полости течи и соотношения, позволяющие автоматически определять поток пробного газа. Технический результат: повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи. 1 ил.

Контрольная течь, содержащая герметичный непроницаемый корпус, заполненный пробным газом, герметично встроенный в корпусе проницаемый элемент и прибор, регистрирующий давление газа в корпусе и преобразующий давление газа в пропорциональный электрический сигнал, электронное устройство, отражающее на дисплее в текущий момент времени цифровое значение потока пробного газа через проницаемый элемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит датчик температуры и электронный таймер, сообщенные с электронным устройством, в память которого заложены значение измеренного внутреннего объема полости течи и соотношения, позволяющие автоматически определять поток пробного газа

где Q - поток пробного газа от контрольной течи в процессе эксплуатации, м³⋅Па/с;

t_A - среднее значение температуры среды в процессе автокалибровки течи, °С;

t - температура среды в процессе эксплуатации течи, °С;

K_T - поправочный температурный коэффициент;

Q_A - поток пробного газа, определенный в процессе автокалибровки по соотношению

где V_T - объем внутренней полости контрольной течи, м³;

Р₀ - давление пробного газа в течи в начальный момент измерения, Па;

P₁ - давление пробного газа в течи в конечный момент измерения, Па;

τ - время между измерениями давления Р₀ и P₁, с.