Устройство для измерения потока пробного газа Российский патент 2024 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к измерению значений потоков пробных газов от контрольных течей, и может найти применение в тех областях техники, где проводится контроль герметичности изделий с применением контрольных течей с целью получения количественных характеристик величины негерметичности, выполняется настройка, определение чувствительности и оценка метрологических характеристик течеискательной аппаратуры.

Для контроля герметичности изделий применяется течеискательная аппаратура различного типа. Для настройки и оценки чувствительности течеискательной аппаратуры используются контрольные течи, которые содержат герметичный непроницаемый корпус, заполненный пробным газом, герметично встроенный в корпусе проницаемый элемент, обеспечивающий требуемый поток пробного газа (ОСТ 92-2125-87 Контрольные течи. Технические условия). Значение потока пробного газа от контрольной течи определяется на потокометрических установках различного типа (В.В. Кузьмин «Вакуумные измерения», Москва, Издательство стандартов, 1992). Однако для контрольных течей с потоком пробного газа в диапазоне от 10^-5 до 10^-6 Па⋅м³/с определение потока необходимо проводить чаще, так как при больших потоках пробного газа его значение значительно быстро изменяется со временем из-за уменьшения давления газа в баллоне. В связи с чем значение потока пробного газа от контрольной течи надо вновь измерять в специализированной лаборатории на потокометрической установке.

Для уменьшения истечения пробного газа и поддержания стабильного потока применяют контрольные течи с перекрываемым вентилем, которые могут быть дополнительно снабжены вентилем, перекрывающим поток пробного газа, когда течь не эксплуатируется, а находится на хранении (Кожевников Е.М., Морозов B.C. и другие «Передовые технологии и оборудование производственного контроля и испытаний ДСЕ изделий РКТ», «Вестник «НПО «Техномаш», №4, 2018). Однако для контрольных течей с потоком пробного газа порядка 10^-5 … 10^-4 Па⋅м³/с измерение потока необходимо проводить непосредственно перед испытанием изделия на герметичность, так как для контрольных течей с таким потоком его изменение за один месяц может составить от 15% до 130%.

В наибольшей мере предлагаемому техническому решению соответствует устройство для определения потока пробного газа, используемое в способе калибровки газовых течей по а.с. 1323888, которое содержит по ходу газового потока емкости для хранения и подачи пробного газа, манометр, натекатель, дифференциальный манометр, коммутационную арматуру и подключенную к устройству технологическую установку (масс-спектрометрический течеискатель и т.д.). Данное устройство предполагает определение потока по изменению высоты столба жидкости в трубках дифференциального манометра за определенный отрезок времени, при этом мениск жидкости в трубке и определение значения высоты столба жидкости по линейной шкале (погрешность до 1 мм высоты столба) значительно влияют на точность определения потока пробного газа.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи, обеспечение удобства ее эксплуатации.

Для достижения этого технического результата применяется устройство для измерения потока пробного газа, содержащее внутреннюю полость, в которой расположены: два вакуумных клапана, один из которых предназначен для перепуска из внутренней полости устройства во внутреннюю полость мерного трубопровода, мерный трубопровод, заключенный между двумя клапанами и предназначенный для определения объема накопления, включающего объемы полостей присоединительного патрубка контрольной течи, измерителя давления и клапана, а также измеритель давления, предназначенный для измерения давления пробного газа в устройстве для измерения потока пробного газа и патрубке контрольной течи, к которому присоединено электронное устройство, предназначенное для регистрации значения давления во внутреннем объеме устройства и времени накопления пробного газа, и присоединительные элементы, выполненные с возможностью присоединения к внутренней полости устройства контрольной течи, поток пробного газа которой определяется, и включающей расположенные по ходу газового потока: емкость для хранения и подачи пробного газа с манометром, натекатель или проницаемый элемент и патрубок, и технологической установки, на которой проводятся испытания изделий на герметичность.

Сравнение заявляемого технического решения - устройство для измерения потоков пробных газов - с уровнем техники по научно-технической литературе и патентным источникам показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна. Следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «новизна».

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

Отличительным признаком предлагаемого технического решения является то, что устройство для измерения потоков пробных газов имеет дополнительный мерный трубопровод, значение объема которого определено предварительно, что позволяет определять суммарный внутренний объем полости патрубка присоединенной контрольной течи и устройства, а затем определять поток пробного газа от течи по повышению давления в измеренном объеме.

Предлагаемое решение устройства для измерения потока пробного газа иллюстрируется чертежом, где изображена схема устройства. На чертеже представлено устройство 1, выделенное пунктирной линией и состоящее из присоединительных элементов 2 и 3, мерного трубопровода 4, вакуумных клапанов 5 и 6, измерителя давления 7, к которому присоединено электронное устройство 8. Контрольная течь 9, у которой измеряется поток пробного газа и состоящая из емкости 10, натекателя (или проницаемого элемента) 11, манометра 12, клапана 13, патрубка 14, и технологическая установка 15 присоединяются к устройству 1 через присоединительные элементы 2 и 3 соответственно.

Устройство 1 предназначено для измерения потока пробного газа от контрольной течи или другого устройства, предназначенного для создания стабильного потока пробного газа.

Присоединительные элементы 2 и 3 предназначены для герметичного присоединения к устройству 1 контрольной течи 9, у которой измеряется поток пробного газа, и технологической установки 15.

Мерный трубопровод 4 предназначен для определения объема накопления, который включает объем присоединительного патрубка 14 контрольной течи 9, объемы полостей измерителя давления 7 и клапана 5, перепуском газа из объема накопления в мерный трубопровод. Значение объема мерного трубопровода измеряется предварительно и соизмеримо с определяемым объемом накопления.

Вакуумные клапаны 5 и 6 предназначены для закрытия или открытия внутренних полостей элементов устройства 1.

Измеритель давления 7 предназначен для измерения давления пробного газа в устройстве 1 и патрубке 14 контрольной течи 9.

Электронное устройство 8 предназначено для регистрации значения давления пробного газа в устройстве и времени накопления в определенные моменты времени при проведении определенных технологических операциях.

Контрольная течь 9 предназначена для настройки и оценки чувствительности течеискательной аппаратуры, а также для определения величины утечки пробного газа при проведении контроля герметичности.

Емкость для хранения и подачи пробного газа 10 предназначена для хранения и подачи пробного газа под определенным давлением и представляет собой металлический баллон с установленным клапаном 13, предназначенным для подачи пробного газа и поддержания давления в емкости.

С другой стороны в емкость 10 герметично устанавливается натекатель (или проницаемый элемент) 11, предназначенный для создания стабильного потока пробного газа.

Манометр 12 предназначен для измерения давления пробного газа в емкости 10 контрольной течи 9.

Патрубок 14 предназначен для предохранения натекателя 11 и герметичного присоединения контрольной течи 9 к устройству 1.

Технологическая установка 15 предназначена для получения в устройстве вакуума давлением менее 0,02 мм рт.ст. и может состоять, например, из одного форвакуумного насоса, или дополнительно включать высоковакуумный насос, систему измерения вакуума, а также коммутационную арматуру, масс-спектрометрический течеискатель и барокамеру, т.е. практически это может быть установка для испытаний изделий на герметичность.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В присоединительный элемент 2 устройства 1 герметично устанавливается контрольная течь 9, к присоединительному элементу 3 присоединяется технологическая установка 15, на которой проводятся испытания на герметичность изделий с использованием данной контрольной течи, и вакуумирование устройства может производиться откачной системой установки.

Емкость 10 контрольной течи 9 может быть предварительно заправлена пробным газом через клапан 13 определенным давлением или может постепенно заправляться в процессе определения потока пробного газа до получения требуемого потока от контрольной течи. Контроль давления пробного газа в емкости 10 осуществляется по манометру 12.

Перед проведением измерений закрывается клапан 5. Далее включается откачная система технологической установки 15 и открывается клапан 6. Вакуумируются до минимального остаточного давления внутренние полости клапана 6 и мерного трубопровода 4. Минимальное остаточное давление, обеспечиваемое вакуумным механическим двухступенчатым насосом, составляет менее 0,02 мм рт.ст., которое ввиду малой величины принимаем за ноль. Закрывается клапан 6. Выключается откачная система установки 15.

Измерителем давления 7 регистрируется начальное давление Р₀ во внутреннем объеме устройства (объем накопления), который включает в себя внутренние полости патрубка 14 контрольной течи 9, клапана 5 и измерителя давления 7.

Открывается клапан 5 и выполняется перепуск воздуха из внутренней полости устройства во внутреннюю полость мерного трубопровода 4. После определенной выдержки (не более 10…20 секунд) измерителем давления 7 регистрируется давление Р_П в суммарном внутреннем объеме устройства, который кроме полостей патрубка 14 контрольной течи 9, клапана 5, измерителя давления 7 включает себя и полость мерного трубопровода 4. В момент регистрации давления Р_П начинается отсчет времени. При достижении давления P₁ отсчет времени заканчивается и время накопления t_Н регистрируется или может быть зафиксировано в памяти электронного устройства 8. После выполненных операций поток пробного газа от контрольной течи Q_КТ определяется по формуле:

где Q_КТ - поток пробного газа от контрольной течи, Па×м³/с;

P₁ - давление в конечный период накопления пробного газа в суммарном объеме устройства, Па;

t_H - время накопления пробного газа от контрольной течи в суммарном объеме устройства, с;

V_H - объем накопления устройства, включая патрубок контрольной течи, м³, который рассчитывается по формуле:

где Р_П - давление в суммарном объеме устройства после перепуска и в начальный период накопления пробного газа в суммарном объеме устройства, Па;

V_MT - объем мерного трубопровода, м³;

Р₀ - начальное давление в объеме накопления перед перепуском, Па.

При проведении испытаний на герметичность изделий контрольная течь 9 может быть отсоединена от устройства 1 и использоваться автономно или использована совместно с устройством, которое может быть вместе с течью присоединено к испытательной установке через присоединительный элемент 3. Кроме того, к устройству может присоединяться любая контрольная течь с другим типом присоединительного патрубка через переходник, так как внутренний объем патрубка и переходника будет входить в объем накопления устройства, который предварительно будет определяться в процессе измерения потока пробного газа контрольной течи.

Устройство для определения потока пробного газа апробировано на практике. Для этой цели в устройстве для измерения давления использовался датчик давления типа ДМ 5007А-ДВИУ2 с диапазоном измерения давления от минус 0,1 МПа до плюс 0,15 МПа и погрешностью измерения давления ±0,5%. В процессе выполнения работ применялась контрольная течь с потоком пробного газа Q=9,03×10^-6 Па×м³/с, который предварительно был определен методом повышения давления на потокометрической установке. С применением данного устройства было выполнено 21 измерение потока от данной контрольной течи по вышеизложенной методике, среднее значение потока пробного газа составило Q=9,37×10^-6 Па×м³/с, при этом максимальное отклонения от среднего значения составило +26,3%, минимальное - 11,1%, а относительное отклонение среднего значения потока пробного газа от значения потока, определенного на потокометрической установке составило +3,75%.

Таким образом, учитывая, что в нормативных документах (ОСТ 92-2125-87. Течи контрольные. Технические условия) допускают погрешность измерения потока пробного газа от контрольной течи до ±40%, то данное устройство может найти применение для определения потока пробного газа от контрольных течей перед проведением испытаний на герметичность, что повысит точность определения потока пробного газа контрольной течи и, соответственно, точность значения утечки пробного газа через негерметичность изделия.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к измерению значений потоков пробных газов от контрольных течей, и может найти применение в тех областях техники, где проводится контроль герметичности изделий с применением контрольных течей. Предложено устройство для измерения потока пробного газа, содержащее внутреннюю полость, в которой расположены: два вакуумных клапана 5, 6, один из которых предназначен для перепуска из внутренней полости устройства во внутреннюю полость мерного трубопровода, мерный трубопровод 4, заключенный между двумя клапанами 5, 6 и предназначенный для определения объема накопления, включающего объемы полостей присоединительного патрубка контрольной течи 14, измерителя давления 7 и клапана 5, а также измеритель давления 7, предназначенный для измерения давления пробного газа в устройстве для измерения потока пробного газа 1 и патрубке контрольной течи 14, к которому присоединено электронное устройство 8, предназначенное для регистрации значения давления во внутреннем объеме устройства и времени накопления пробного газа, и присоединительные элементы 2, 3, выполненные с возможностью присоединения к внутренней полости устройства контрольной течи 9, поток пробного газа которой определяется, включающей расположенные по ходу газового потока: емкость для хранения и подачи пробного газа 10 с манометром 12, натекатель или проницаемый элемент 11, и патрубок 14, и технологическую установку 15, на которой проводятся испытания изделий на герметичность. Технический результат - повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи, обеспечение удобства ее эксплуатации. Положительным эффектом от использования настоящего изобретения является повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи, обеспечение удобства ее эксплуатации. 1 ил.

Устройство для измерения потока пробного газа, содержащее внутреннюю полость, в которой расположены: два вакуумных клапана, один из которых предназначен для перепуска из внутренней полости устройства во внутреннюю полость мерного трубопровода, мерный трубопровод, заключенный между двумя клапанами и предназначенный для определения объема накопления, включающего объемы полостей присоединительного патрубка контрольной течи, измерителя давления и клапана, а также измеритель давления, предназначенный для измерения давления пробного газа в устройстве для измерения потока пробного газа и патрубке контрольной течи, к которому присоединено электронное устройство, предназначенное для регистрации значения давления во внутреннем объеме устройства и времени накопления пробного газа, и присоединительные элементы, выполненные с возможностью присоединения к внутренней полости устройства контрольной течи, поток пробного газа которой определяется, и включающей расположенные по ходу газового потока: емкость для хранения и подачи пробного газа с манометром, натекатель или проницаемый элемент, и патрубок, и технологическую установку, на которой проводятся испытания изделий на герметичность.