Способ определения объёма ёмкости газом Российский патент 2024 года по МПК G01F17/00 

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, а именно, к способам измерения объемов емкостей газом, в особенности с полостями сложной конфигурации, технических изделий в условиях промышленного производства, при их эксплуатации и при проведении опытных работ.

Известен способ для определения объема емкостей, который реализуется в "Способе определения объема емкости" (SU 1492219, 07.07.1989, G01F 17/00). В известном способе сообщают контролируемую емкость с калиброванной емкостью, имеющей заданную концентрацию индикаторного газа, определяют концентрацию индикаторного газа в обеих емкостях, перед сообщением емкостей устанавливают давление в калиброванной емкости равным давлению газа в контролируемой емкости при равной температуре, а искомый объем V рассчитывают по формуле V=(Δnк/Δn2)Vк, где Δnк, Δn2 - изменение концентрации индикаторного газа соответственно в калиброванной и контролируемой емкостях после их сообщения; Vк - объем калиброванной емкости.

Известна также "Установка измерения объемов емкостей газом" (RU 131155, 10.08.2013, G01F 17/00). В способе, описанном в данном патенте, мерные емкости имеют суммарный объем, соответствующий объему измеряемой емкости, и эти емкости сообщают между собой через вентили, в мерных емкостях создают и измеряют атмосферное давление, а измеряемое изделие (емкость) вакуумируют до давления, которое принимают равным нулю, осуществляют перепуск газа из мерных емкостей в измеряемое изделие (емкость), измеряют установившееся давление в системе, рассчитывают объем измеряемого изделия (емкости) в результате прямого процесса, а затем в измеряемом изделии создают атмосферное давление, а мерные емкости вакуумируют до давления, которое принимают равным нулю, после чего осуществляют обратный перепуск газа из измеряемого изделия (емкости) в мерные емкости, измеряют установившееся давление в системе, рассчитывают объем измеряемого изделия (емкости) в результате обратного процесса, определяют объем измеряемого изделия (емкости) как среднее двух измерений.

Оба описанных способа имеют недостатки, заключающиеся в сложности процесса измерения объемов, низкой производительности и низкой точности измерения.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является патент на изобретение “Способ определения объема емкости” (RU 2664769 от 22.06.2017, МПК G01F 17/1), который и взят за прототип.

Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в том, что он включает в себя сообщение контролируемой емкости с калиброванной емкостью известного объема, заполнение калиброванной и контролируемой емкостей газом, например воздухом, до определенного любого давления, измерение этого давления, а затем введение всего объема газа из калиброванной емкости в контролируемую емкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой емкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объема контролируемой емкости.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении (RU 2664769 от 22.06.2017, МПК G01F 17/1), технического результата, который достигается заявляемым изобретением, состоит в том, что способ имеет недостаточную точность определения объема емкости, и очень ограничен набор технологических приемов для выбора оптимального варианта для определения объема емкости при широком диапазоне различных задач, встречающихся на практике (в разных областях техники этих задач множество и редко встречаются похожие задачи).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности процесса определения объема емкости, состоящее в повышении точности определения объема емкости, в расширении диапазона технологических возможностей при определении объема различных емкостей.

Технический результат состоит в разработке технических средств, обеспечивающих повышение точности определения объема емкости, и расширение диапазона технологических возможностей при определении объема различных емкостей.

Достигается технический результат техническими средствами, которые состоят в том, что, во-первых, в заявляемом способе определения объема емкости газом, включающем сообщение контролируемой емкости с калиброванной емкостью известного объема, заполнение калиброванной и контролируемой емкостей газом, измерение установившегося давления, а затем введение всего объема газа из калиброванной емкости в контролируемую емкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой емкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объема контролируемой емкости, в отличие от известного способа, контролируемая емкость сообщена с более, чем с одной калиброванной емкостью, при этом заполнение контролируемой емкости газом производят одновременно с заполнением всех калиброванных емкостей, а затем производят введение газа из калиброванных емкостей в контролируемую емкость поочередно с соблюдением определенной последовательности, включающей в себя вначале введение всего объема газа из одной калиброванной емкости в контролируемую емкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой емкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объема контролируемой емкости, затем введение всего объема газа из другой калиброванной емкости в контролируемую емкость, и измерение, и определение аналогично предыдущему и так далее.

Достигается технический результат и другими техническими средствами, которые состоят в том, что, во-вторых, в заявляемом способе определения объема емкости газом, в отличие от известного способа, весь объем газа из каждой калиброванной емкости, представляющей собой цилиндр с поршнем и штоком, в контролируемую емкость вводят порциями посредством использования неполного хода поршня.

Достигается технический результат и другими техническими средствами, которые состоят в том, что, в-третьих, в заявляемом способе определения объема емкости газом, в отличие от известного способа, производят тарировку системы определения объема емкости газом по всей шкале возможных значений объема контролируемых емкостей на данном производстве при всех возможных температурах в данном помещении, составляют таблицу, в которой каждому превышению конечного давления над начальным будет значиться свой искомый объем контролируемой емкости.

Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что в заявляемом способе определения объема емкости газом контролируемая емкость сообщена с более, чем с одной калиброванной емкостью, при этом заполнение контролируемой емкости газом производят одновременно с заполнением всех калиброванных емкостей, а затем производят введение газа из калиброванных емкостей в контролируемую емкость поочередно с соблюдением определенной последовательности, включающей в себя вначале введение всего объема газа из одной калиброванной емкости в контролируемую емкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой емкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объема контролируемой емкости, затем введение всего объема газа из другой калиброванной емкости в контролируемую емкость, и измерение, и определение аналогично предыдущему и так далее.

При этом в заявляемом способе определения объема емкости газом:

- весь объем газа из каждой калиброванной емкости, представляющей собой цилиндр с поршнем и штоком, в контролируемую емкость вводят порциями посредством использования неполного хода поршня;

- производят тарировку системы определения объема емкости газом по всей шкале возможных значений объема контролируемых емкостей на данном производстве при всех возможных температурах в данном помещении, составляют таблицу, в которой каждому превышению конечного давления над начальным будет значиться свой искомый объем контролируемой емкости.

Описанные выше созданные технические средства в составе заявляемого способа определения объема емкости позволяют достичь технического результата, состоящего в разработке технических средств, обеспечивающих повышение точности определении объема, и расширение диапазона технологических возможностей при определении объема различных емкостей за счет того, что:

- контролируемая емкость сообщена с более, чем с одной калиброванной емкостью, при этом заполнение контролируемой емкости газом производят одновременно с заполнением всех калиброванных емкостей, а затем производят введение газа из калиброванных емкостей в контролируемую емкость поочередно с соблюдением определенной последовательности, включающей в себя вначале введение всего объема газа из одной калиброванной емкости в контролируемую емкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой емкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объема контролируемой емкости, затем введение всего объема газа из другой калиброванной емкости в контролируемую емкость, и измерение, и определение аналогично предыдущему и так далее;

- весь объем газа из каждой калиброванной емкости, представляющей собой цилиндр с поршнем и штоком, в контролируемую емкость вводят порциями посредством использования неполного хода поршня;

- производят тарировку системы определения объема емкости газом по всей шкале возможных значений объема контролируемых емкостей на данном производстве при всех возможных температурах в данном помещении, составляют таблицу, в которой каждому превышению конечного давления над начальным будет значиться свой искомый объем контролируемой емкости.

При этом:

- обеспечивается повышение точности определения объема контролируемой емкости, так при большем объеме введенного газа из нескольких калиброванных емкостей в контролируемую емкость давление возрастает в ней на большую величину, что и дает увеличение измерительной базы (увеличение количества определений при одноразовом заполнении газом емкостей), шкалы измерения, что уменьшает погрешность производимого определения объема;

- обеспечивается расширение диапазона технологических возможностей способа определения объема емкостей, так как имеется возможность варьирования количеством используемых в работе калиброванных емкостей и порядком их задействования в зависимости от конкретной выполняемой в настоящий момент программы и требований, предъявляемых к точности измерений;

- обеспечивается дополнительно расширение диапазона технологических возможностей способа определения объема емкостей и повышение точности определения объема контролируемой емкости, так как на практике нет необходимости после каждого замера производить вычисления, за счет того, что заранее произведена тарировка системы определения объема емкостей по всей шкале возможных показаний, и составлена соответствующая таблица, в которой каждому превышению конечного давления Ркон над начальным Рнач (ΔР) будет свое значение искомого объема V₀ контролируемой емкости, что исключает необходимость пользоваться формулами для непосредственных исполнителей работ.

Все описанные выше технические средства каждое по отдельности и в совокупности обеспечивают получение технического результата и решение поставленной задачи заявляемого изобретения, а именно, повышение эффективности процесса определения объема емкости, состоящее в повышении точности определения объема емкости и в расширении диапазона технологических возможностей при определении объема различных емкостей.

Изобретение иллюстрируется рисунком.

На рисунке изображена схема системы осуществления способа определения объема емкости (один из вариантов заявляемого изобретения). В состав системы входит контролируемая емкость 1, первая калиброванная емкость 2 в виде цилиндра с поршнем 3 и штоком 4, датчик (измеритель) давления 5, расположенный в контролируемой емкости 1. В состав системы также входит и вторая калиброванная емкость 7 в виде цилиндра с поршнем 8 и штоком 9.

При этом обеспечена герметичность контролируемой емкости 1, обеих калиброванных емкостей 2 и 7 и стыков 6 и 10 этих емкостей.

В исходном состоянии системы в первой калиброванной емкости 2 поршень 3 со штоком 4 находится внутри калиброванной емкости 2, например, в крайнем правом положении (на рисунке он показан в промежуточном положении - в начале движения). Объем калиброванной емкости 2 при этом положении поршня 3 известен (заранее измерен).

В исходном состоянии аналогично находится и вторая калиброванная емкость 7: поршень 8 со штоком 9 находится внутри калиброванной емкости 7, например, в крайнем левом положении (на рисунке он показан в промежуточном положении - в начале движения). Объем калиброванной емкости 7 при этом положении поршня 8 известен (заранее измерен).

Полости контролируемой емкости 1 и полости калиброванных емкостей 2 и 7 сообщены через стыки 6 и 10 и заполнены газом, например, воздухом при определенном исходном (начальном) давлении, значение которого измерено датчиком 5, установленном в контролируемой емкости 1.

Определение объема контролируемой емкости 1 производится следующим образом. Покажем это на условном (не образмеренном) примере.

Имеем контролируемую емкость 1 объемом V₀, две калиброванные емкости 2 и 7 объемом соответственно V₁ и V₂. Совмещенная полость трех емкостей в исходном (начальном) состоянии имеет объем (V₀ + V₁ + V₂). Давление в совмещенной полости трех емкостей в исходном (начальном) состоянии Рнач.

Усилием F₁ начинают медленно перемещать поршень 3 (см. рисунок), например, со скоростью не более 1 см/с, из его начального положения в сторону стыка 6, вытесняя тем самым газ, например воздух, из калиброванной емкости 2 в контролируемую емкость 1, и доводят поршень 3 до его конечного положения, то есть до стыка 6, тем самым вытеснив весь объем V₁ газа из калиброванной емкости 2 в контролируемую емкость 1.

Аналогичные действия совершаются и с емкостью 7 одновременно и синхронно с емкостью 2.

Усилием F₂ начинают медленно перемещать поршень 8 (см. рисунок), например, со скоростью не более 1 см/с, из его начального положения в сторону стыка10, вытесняя тем самым газ, например, воздух, из калиброванной емкости 7 в контролируемую емкость 1, и доводят поршень 8 до его конечного положения, то есть до стыка 10, тем самым вытеснив весь объем V₂ газа из калиброванной емкости 7 в контролируемую емкость 1.

При этом процессе происходит повышение давления в совмещенной емкости (1+2+7) от его начального значения Рнач до конечного Ркон, которое снимается с датчика 5.

Превышение конечного давления Ркон над начальным давлением Рнач, то есть ΔР, и позволяет нам определить объем V₁ контролируемой емкости при условии, что температура Т газа не меняется, то есть, процесс - изотермический (PV=Const).

Для определения объема V₁ контролируемой емкости 1, используем формулу изотермического процесса (Закон Бойля - Мариотта) PV=Const.

В нашем примере это запишется так:

Рнач⋅Vнач=Ркон⋅Vкон

Впишем в формулу соответствующие значения параметров:

Рнач(V₀ +V₁+ V₂ )нач=Ркон⋅(V₀)кон.

Путем преобразований и с учетом того, что в конце процесса V₁=0 и V₂=0, получаем:

(Рнач.⋅V₀)+(Рнач ⋅V₁)+(Рнач⋅V₂) = Ркон⋅V₀ и далее

V₀=Рнач⋅(V₁+V₂)нач / (Ркон -Рнач ) - Объем контролируемой емкости V ₀.

На практике нет необходимости после каждого замера производить вычисления, если заранее произвести тарировку системы определения объема емкостей по всей шкале возможных показаний, и составить соответствующую таблицу, в которой каждому превышению конечного давления Ркон над начальным Рнач (ΔР) будет свое значение искомого объема V₀ контролируемой емкости, что исключит необходимость пользоваться формулами для непосредственных исполнителей работ.

Возможны и другие вариации заявляемого способа при его практической реализации в зависимости от решаемой проблемы. Возможно варьирование объемов V₁ и V₂ калиброванных емкостей 2 и 7, например, при необходимости его уменьшения - посредством использования неполного хода поршня 3 и поршня 8 (см. рисунок, где показано промежуточное положение поршня), или же, наоборот - с целью увеличения вводимых объемов V₁ и V₂ возможно многократное движение поршня, например, так же, как это делается (делалось) при накачивании колес велосипедов или автомашин ручным насосом.

Заявляемый способ позволяет определять объем полостей сложной конфигурации, в том числе, в труднодоступных местах изделий и систем в различных областях техники, как при ее производстве, так и при эксплуатации, диагностировании и ремонте.

Из всего сказанного выше следует вывод, что полученный технический результат. состоящий в разработке технических средств, повышающих точность определения объема емкости, и расширяющих диапазон технологических возможностей при определении объема различных емкостей, обеспечивает решение задачи заявляемого изобретения - повышение эффективности процесса определения объема емкости.

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, к способам измерения объемов емкостей с полостями сложной конфигурации. Способ определения объёма ёмкости газом включает сообщение контролируемой ёмкости с более чем одной калиброванной ёмкостью известного объема, заполнение контролируемой ёмкости газом производят одновременно с заполнением всех калиброванных ёмкостей, производят введение газа из калиброванных ёмкостей в контролируемую ёмкость поочерёдно с соблюдением определённой последовательности, включающей в себя вначале введение всего объёма газа из одной калиброванной ёмкости в контролируемую ёмкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой ёмкости, по возросшей величине этого давления определение искомого объёма контролируемой ёмкости, затем введение всего объёма газа из другой калиброванной ёмкости в контролируемую ёмкость, и измерение, и определение аналогично предыдущему и так далее по всем калиброванным ёмкостям. Технический результат - разработка технических средств, обеспечивающих повышение точности определения объёма ёмкости, расширение диапазона технологических возможностей при определении объёма различных ёмкостей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения объёма ёмкости газом, включающий сообщение контролируемой ёмкости с калиброванной ёмкостью известного объема, заполнение калиброванной и контролируемой ёмкостей газом, измерение установившегося давления, а затем введение всего объёма газа из калиброванной ёмкости в контролируемую ёмкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой ёмкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объёма контролируемой емкости, отличающийся тем, что контролируемая ёмкость сообщена с более чем одной калиброванной ёмкостью, при этом заполнение контролируемой ёмкости газом производят одновременно с заполнением всех калиброванных ёмкостей, а затем производят введение газа из калиброванных ёмкостей в контролируемую ёмкость поочерёдно с соблюдением определённой последовательности, включающей в себя вначале введение всего объёма газа из одной калиброванной ёмкости в контролируемую ёмкость, измерение установившегося давления газа в контролируемой ёмкости, и по возросшей величине этого давления определение искомого объёма контролируемой ёмкости, затем введение всего объёма газа из другой калиброванной ёмкости в контролируемую ёмкость, и измерение, и определение аналогично предыдущему и так далее в указанной последовательности выполнение названных операций по всем калиброванным ёмкостям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь объём газа из каждой калиброванной ёмкости, представляющей собой цилиндр с поршнем и штоком, в контролируемую ёмкость вводят порциями посредством использования неполного хода поршня.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что производят тарировку системы определения объёма ёмкости газом по всей шкале возможных значений объёма контролируемых ёмкостей на данном производстве при всех возможных температурах в данном помещении, составляют таблицу, в которой к каждому превышению конечного давления над начальным будет значиться свой искомый объём контролируемой ёмкости.