Стенд для поверки аналоговых уровнемеров жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01F25/00 

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и предназначено для поверки аналоговых уровнемеров криогенных жидкостей.

Цель изобретения - повышение точно- сти поверки уровнемеров.

На чертеже представлен схематически стенд.

Стенд содержит герметичный криостат 1 с несущей крышкой 2, герметичный сосуд- хранилище 3 криогенной жидкости, линию 4 подачи в криостат криогенной жидкости через регулирующий вентиль 5, баллон 6 со сжатым газом, подсоединенный через газовый редуктор 7 к линии 8 подачи газа, кото- рая подсоединена через газовый вентиль 9 к сосуду-хранилищу 3 и к входу теплообменника 10, погруженного в сосуд Дьюара 11 с криогенной жидкостью, линию 12 охлажденного газа, которая соединяет выход теп- лообменника 10 через регулирующий вентиль 13 с рабочей камерой 14 криостата 1 через крышку 2. Стенд содержит также гидравлический регулятор уровня криогенной жидкости, выполненный в виде верти- кально расположенных и последовательно соединенных гибкой пружинящей линии 15 подачи криогенной жидкости в криостат, соединительной жесткой трубки 16, буферного накопителя 17 криогенной жидкости и гибкой пружинящей напорной линии 18. Для крепления гидравлического регулятора и перемещения буферного накопителя в стенде использованы первый 19 и второй 20 фиксаторы жесткого крепления соответст- венно начала гибкой линии 15 подачи криогенной жидкости вне криостата и конца гибкой напорной линии 18 внутри криостата, которая с помощью штанги 21 прикреплена к крышке 2, первый 22 и второй 23 кольцевые захваты, которые размещены соответственно вне и внутри криостата 1, при этом захват 22 закреплен на жесткой соединительной трубке 16, а захват 23 - на стыке буферного накопителя 17 и начала гибкой напорной линии 18, уплотнительная муфта 24 для регулируемого закрепления положения буферного накопителя 17, которая закреплена на несущей крышке 2 и герметично обжимает соединительную жесткую трубку 16, механизм перемещения буферного накопителя, выполненный в виде электродвигателя с сервоприводом 25 и пультом 26 управления, редуктором 27, червячным валом 28, кареткой 29 перемещения и кронштейном 30 жесткой связи каретки с первым кольцевым захватом 22. Для управления режимом изменения уровня криогенной жидкости в криоатате и стабилизации положения уровня стенд содержит первую линию 31 газосброса с манометром 32 и аварийным клапаном 33, при этом линия 31 через крышку 2 соединена с газовой полостью рабочей камеры 14 криостата 1, а аварийный клапан 33 имеет выход в атмосферу, вторую линию 34 газосброса, которая через газовый вентиль 35 соединена со стыком линии подачи криогенной жидкости и гидравлическим регулятором уровня, т.е. на стыке соединения вентиля 5 и гибкой пружинящей линии 15, третью линию 36 газосброса, которая через газовый вентиль 37 соединена на линии 12 с газовой полостью рабочей камеры 14, сиг- на/1изатор дискретного значения уровня криогенной жидкости, датчик 38 которого размещен внутри криостата и жестко закреплен на втором кольцевом захвате 23 и электрически соединен с вторичным прибором 39 с помощью кабеля 40 связи. Визуальное наблюдение за уровнем осуществляется с помощью катетометра 41, установленного с внешней стороны криостата напротив его смотровых прозрачных вертикальных щелей. Аналоговый датчик 42 поверяемого уровнемера размещен внутри криостата 1, при этом датчик закреплен на несущей крышке 2 и электрически соединен с вторичным прибором уровнемера 43.

Стенд работает следующим образом.

Предварительно герметичный криостат захолаживают. Для этого заполняют его рабочую камеру 14 криогенной жидкостью в такой последовательности. Закрывают вентили 5 и 13, но открывают вентили 35 и 37 и тем самым выравнивают величину давления

в камере 14с атмосферным. Открывают вентиль газового редуктора 7 и устанавливают по его манометру величину раздаточного давления Рразд, не превышающую допустимой величины давления Рдоп. в рабочей камере 14 криостата 1, после чего закрывают вентиль 37 и, открывая вентиль 13, продувают всю рабочую камеру 14, например, газообразным азотом из баллона. 6, если криостат 1 готовят к работе с жидким азотом. При этом газообразный азот, поступая по линии 12 в камеру 14, вытесняет из нее воздух и прочие газообразные примеси в атмосферу снизу вверх по заправочному каналу гидравлического регулятора 18, 17, 16, 15, 35, 34. Затем закрывают вентиль 13.

Аварийный клапан 33 настраивают на критическую величину давления Ркр., которую выбирают меньше допустимой для криостата 1 величины, т.е. выполняют условие Ркр Рдоп, после чего, открывая вентиль 9, подают по линии 8 газ от баллона 6 к сосу- ду-хранилиш1у 3 и создают в нем избыточное давление. Затем, открывая вентиль 5, выпускают избыток паров, образовавшихся при прохождении и захолаживании линии 4, в атмосферу по линии 34, после чего закрывают вентиль 35, открывают вентиль 37 и перекачивают криогенную жидкост| из хранилища 3 в рабочую камеру криостата по заправочному каналу гидравлического регулятора 4, 5, 15, 16, 17, 18 сверху вниз на дно криостата, постепенно заполняя его до полного погружения в криогенную жидкость рабочей части датчика 42 поверяемого уровнемера, а также до полного погружения в криогенную жидкость буферного накопителя 17, выпуская избыток паров азота из камеры 14 в атмосферу по линии 12, 37, 36. По окончании заливки криостата вентиль 5 закрывают, а вентиль 35 открывают. После этого закрывают газовый вентиль 37. Внутренность рабочей камеры 14 захолажи- вается, а криогенная жидкость в криостате, испаряясь, создает избыток давления ДР паров в газовой полости 14 рабочей камеры криостата 1. Избыточное давление АР повышается по мере захолаживания содержимого криостата 1, что создает условия для замедления процесса парообразования. Интенсивность кипения криогенной жидкости уменьшается и постепенно кипение прекращается, при этом успокаивается поверхность раздела жидкой и паровой фаз. Уромень h криогенной жидкости стабилизируется и фиксируется катетометром 41 сквозь прозрачные смотровые щели криостата. На этом предварительная подготовка стенда к работе заканчивается.

Поверка производится в такой последовательности. Предварительно выбирается ряд реперных точек hpi на рабочей части датчика 42 уровня, имеющей высоту И, т.е. 5 ряд

hpi, hp2,...hpi,...hpn. (1) С помощью катетометра 41 с высокой разрешающей способностью измеряется высота hk. Поскольку датчик 42 уровня раз- 10 мещен и закреплен выше базы отсчета катетометра (), то

Н hkk - hko,(2)

hko hki hkk,(3)

hki hko +hi,(4)

15

где hkk - показание катетометра при , т.е. конечная базовая высота;

hko - показание катетометра при , т.е. начальная базовая высота; 0hki - текущее значение показаний катетометра, соответствующее текущему значению высоты hi датчика 42 уровня.

. Из соотношений (2) - (4) следует, что ряд реперных высот (1) датчика 42 уровня будет 5 выражаться через показания катетометра 41 в следующем виде:

hkpi, hkp2,...hkpi,..hkpn, (5) а каждая конкретная высота hkpfпо аналогии с (4) будет задаваться соотношением 0hkpi hko + hpi(6)

После задания ряда (5) конкретных значений контрольных (реперных) уровней hkpi приступают к измерениям. Для этого, манипулируя регулирующими вентилями 13 и 5 37,создают избыток давления паров в газовой полости рабочей камеры криостата 1 и тем-самым подводят уровень hi криогенной жидкости в нем к намеченной реперной точке hkpi из ряда (5), наблюдая за уровнем 0 через оптическую систему катетометра 41, Поскольку вначале имеют место колебания уровня, то первоначально реальный уровень hi подводят к заданному контрольному уровню, hkpi приближенно, укладываясь 5 между начальным и конечным значениями с допусками соответственно А и А с такими линейными координатами по высоте шкалы отсчета катетометра 41:

0h%i hkpi-Ah ki;(7)

hV+ , При этом сумма допусков

Ahgi + Ah4i (9)

определяет зону подрегулирования в каждой контрольной точке с уровнем hkpi и с учетом площади S поверхности раздела фаз используется для определения необходимого объема криогенной жидкости

Узап S -Ahgi,(10)

(8)

запасаемой в буферном накопителе 17, т.е. выполняется условие

Убуф Узап.,(11)

при котором объем криогенной жидкости Убуф., запасенный в буферном накопителе 17, достаточен для перекрытия необходимого запаса ее Уэап.. Изменяют положение буферного накопителя внутри криостата так, чтобы сохранить во всех экспериментах приближенно величину ДЬ, определяющую разницу между выбранным контрольным уровнем hkpi и уровнем жидкости в буферном накопителе 17, соответствующим ее объему Убуф, который обеспечивает выпол-. нение условия (11), для чего с пульта 26 управления приводят в действие механизм 25, 27, 28, 29 и 30 перемещения, который после предварительного ослабления муфты 24 перемещает буферный накопитель 17 по высоте до тех пор, пока сигнализатор дискретного значения уровня не зафиксирует касания 38 датчиком заданного уровня hkpi, после чего с пульта 26 приостанавливают движение механизма перемещения, а муфтой -24 зажимают трубку 16 гидравлического регулятора 15, 17 и 18 и закрепляют положение буферного накопителя 17. Далее, открывая газовый вентиль 13,создают необходимый избыток давления паров в полости 14 за счет подачи в криостат 1 под давлением паров азота, охлажденных в системе 10 и 11 охлаждения, после чего вентиль 13 закрывают, и поверхность жидкости в криостате успокаивается. Затем, наблюдая через оптическую систему катетометра 41 за состоянием поверхности, осуществляют точную подводку реального уровня hi криогенной жидкости к намеченной репер- ной точке hkpi поочередно снизу вверх и сверху вниз. Для этого, манипулируя регулирующими газовыми вентилями 13 и 37, изменяют величину избыточного давления в газовой полости 44 буферного накопителя 17 и в газовой полости 14 рабочей камеры криостата и при достижении соответствия реального уровня hi контрольному уровню hkpi для обоих случаев перемещения поверхности раздела записывают значения уровней hni и hni. Эту операцию повторяют m раз

исходя из условия достаточности количества измерений для статистической обработ-, ки результатов эксперимента. После окончания эксперимента на одной реперной точке переходят к второй и т.д. до последней п-й из ряда (5), предварительно переместив по высоте буферный накопитель 17 по описанной методике.

Полученный ряд из 2т наборов по п

ошибок 6hni в показаниях уровнемера 43 ля обоих случаев перемещения вверх и вниз, т.е. ряд наборов ошибок

oh п1 h п1- hi

6hni h ni- hi

(12) (13)

с большим количеством 01денок ошибок

20

(5hni 2mn, (14) j m

спользуют для расчета точностных показаелей поверяемого аналогового уровнемера

криогенных жидкостей.

Формула изобретения Стенд для поверки аналоговых уровнемеров жидкости, содержащий герметичный криостат, снабженный хранилищами с линиями подачи криогенной жидкости и газа, средством для установки поверяемого уровнемера, и теплообменник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поверки, стенд снабжен буферным

накопителем криогенной жидкости, установленным с возможностью вертикального перемещения и снабженным расположенной в нижней части накопителя гибкой линией входа с закрепленным нижним

концом, а в верхней части накопителя - линией выхода, соединенной через вентил и с атмосферой и с хранилищем криогенной жидкости, соединенной с криостатом линией газосброса с регулирующим вентилем

прецизионными средствами визуального наблюдения за уровнем криогенной жидкости, при этом хранилище газа соединено с криостатом через теплообменник с криогенной жидкостью и регулирующий вентиль.

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и предназначено для поверки аналоговых уровнемеров криогенных жидкостей. Поверяемый уровнемер 42 установлен в герметичном криостате 1, соединенном с хранилищем 3 криогенной жидкости и баллоном 6 со сжатым газом. Подача криогенной жидкости в криостат осуществляется гидравлически через буферный накопитель 17, который в процессе изменения уровня может вертикально перемещаться благодаря пружинящим линиям 15 и 18 подачи жидкости. В буферном накопителе происходит выравнивание температуры криогенной жидкости с окружающей средой и при поступлении жидкости в криостат кипение или конвекционные потоки не возникают, что способствует повышению точности определения текущего уровня с помощью катетометра 41, установленного напротив прозрачных окон в криостате 1. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.