Устройство калибровки газоаналитических приборов контроля герметичности Российский патент 2024 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к области калибровки непрерывных автоматических газоаналитических приборов контроля герметичности (ГПКГ) по потокам газа, воспроизводимых с помощью калиброванных течей.

Из уровня техники известны способ и устройство для калибровки газоаналитических приборов контроля герметичности (ГПКГ), основанных на частотном пневмосопротивлении, состоящим из калиброванной ёмкости постоянного объёма, расположенной между двумя клапанами, управляемыми генератором импульсов и создающим прерывистый поток пробного газа, линейно зависящий от частоты переключения клапанов, объёма калиброванной ёмкости и избыточного давления пробного газа [1].

Недостатками данного устройства калибровки являются, во-первых, ограниченность настройки допустимых потоков газа, осуществляемых только с помощью изменения частоты переключения клапанов; во-вторых, наличие динамической погрешности, вызванной работой генератора импульсов при создании прямых и инверсных сигналов, не учитывающих время заполнения и опустошения объёма калиброванной ёмкости.

Техническая проблема предлагаемого изобретения состоит в устранении указанных недостатков известного технического решения.

Технический результат настоящего изобретения заключается в расширении настройки допустимых потоков газа изменением объёма калиброванной ёмкости и устранении динамической погрешности, вызванной работой генератора импульсов путем четкого разделения следования прямых и инверсных сигналов.

Техническая проблема решается, и технический результат достигается устройством калибровки, состоящим из мембранного блока с расположенными в нем калиброванной ёмкостью переменного объёма и клапанами, управляемыми только прямыми импульсами генератора таким образом, что на выходе образуется прерывистый поток, пропорциональный объёму калиброванной ёмкости.

На фиг. 1 приведена схема устройства калибровки газоаналитического прибора контроля герметичности (ГПКГ).

Устройство калибровки состоит из поверяемого ГПКГ [2] 1, мембранного блока 2 с расположенным в нём калиброванной ёмкостью 3 объёмом , который может меняться вращением винта 4. Герметизация калиброванной ёмкости 3 осуществляется с помощью эластомерного кольцевого уплотнения 5. Калиброванная ёмкость 3 ограничена двумя клапанами 6 и 7, управляемыми генератором импульсов (ГИ) 8, частота которого регистрируется частотомером 9. ГИ 8 с помощью подпоров блока 2 обеспечивает попеременное подключение линии подвода пробного газа (ПГ) 10 к детектору ГПКГ 1, реализуя прерывистый режим газового потока.

Калибровка ГПКГ осуществляется следующим образом. В исходном положении клапан 7 под действием малого подпора открыт, клапан 6 под действием большого подпора закрыт. ПГ заполняет калиброванную ёмкость 3 объемом давлением . Количество молекул в калиброванной ёмкости 3 объёмом будет равно [1]:

(1)

где - постоянная Больцмана; - абсолютная температура газа.

По сигналу калиброванная ёмкость 3 объемом соединяется через открытый клапан 6 с детектором ГПКГ 1 по линии отвода 11, а закрытый клапан 7 изолирует его от линии подвода ПГ 10. Доза ПГ поступает в детектор и находится под давлением . Количество молекул в калиброванной ёмкости 3 объемом будет равно:

(2)

При давлении количество молекул, перетекающих через калиброванную ёмкость 3 за один такт, будет равно:

(3)

За n тактов ГИ общее число молекул будет равно:

(4)

Молекулярный расход определяется по формуле:

(5)

Учитывая, что - частота переключений ГИ, молекулярный расход будет определяться по формуле:

(6)

Поток газа через калиброванную ёмкость 3 будет равен:

(7)

Введем обозначение коэффициента расхода α:

(8)

Отсюда

(9)

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

В частном случае, если давление в детекторе ГПКГ будет равно атмосферному , то поток будет равен:

(10)

где - избыточное давление испытания [2].

Величина потока при калибровке ГПКГ определяется расчетным путем и зависит от величины калиброванной ёмкости 3 объемом , частоты переключений клапанов 6 и 7, фиксируемой частотомером 9 и избыточного давления испытания.

Изменением величины объёма калиброванной ёмкости 3 можно менять величину потока, по которому калибруется ГПКГ.

Предлагаемое устройство повышает стабильность калибровки ГПКГ путем исключения влияния изменения барометрического давления, температуры окружающей среды и механических примесей.

Динамическая погрешность исключена в связи с действующей последовательностью переключений калибровочной схемы. При отсутствии сигнала происходит заполнение газом калиброванной ёмкости 3 через клапан 7. Учитывая, что режим истечения газа в двух взаимосвязанных камерах является турбулентным, воспользуемся формулами определения времени процессов заполнения и опустошения камер, приведенных в [3]:

, (11)

где - время заполнения калиброванного объема в одном такте, ε - коэффициент расхода, ƒ - площадь проходного сечения клапанов 6 и 7, - абсолютная температура, - отношение абсолютных давлений при заполнении, - значение при ,

, (12)

где - отношение теплоёмкости воздуха при постоянном давлении к его теплоёмкости при постоянном объеме, - газовая постоянная, - ускорение свободного падения.

При подаче сигнала происходит опустошение калиброванной ёмкости 3 и газ переходит в детектор ГПКГ:

, (13)

где - время опустошения калиброванной ёмкости в одном такте, - отношение абсолютных давлений при опустошении калиброванной ёмкости 3.

Общее время заполнения и опустошения калиброванной ёмкости 3 соответствует , или при постановке формул (12) и (13) получим:

. (14)

Следовательно, граничная частота работы ГИ будет равна

. (15)

Последовательность срабатывания элементов схемы обеспечивает отсутствие динамической погрешности.

Библиографические данные

[1] Патент РФ №2012103208/28, 31.01.2012. Способ калибровки газоаналитического течеискателя // Патент России №2504748, 20.01.2014. Бюл. № 2. / Тютяев Р.Е., Тютяева Л.Н., Макаров В.А.

[2] Патент РФ №2018122621, 21.06.2018. Фотокомпенсационный датчик плотности газов // Патент России №2683803, 02.04.2019. Бюл. № 10. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В., Тютяев Р.Е.

[3] Залманзон Л.А. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. М.: Издательство Академии наук СССР, 1961, с. 156.

Изобретение предназначено для калибровки газоаналитических приборов контроля герметичности. Сущность: устройство состоит из мембранного блока (2), калиброванной емкости (3), генератора (8) импульсов, частотомера (9), линий подвода и отвода потока газа. При этом калиброванная емкость (3) выполнена с возможностью изменения объема за счет изменения положения винта (4), герметизируемого с помощью эластомерного кольцевого уплотнения (5). Технический результат: расширение настройки допустимых потоков газа. 1 ил.

Устройство калибровки газоаналитических приборов контроля герметичности, состоящее из мембранного блока, калиброванной емкости, генератора импульсов, частотомера, линий подвода и отвода потока газа, характеризующееся тем, что калиброванная емкость может менять объем за счет изменения положения винта, герметизируемого с помощью эластомерного кольцевого уплотнения.