Устройство для определения скорости и количества выделяющихся газов Советский патент 1982 года по МПК G01P5/00 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И КОЛИЧЕСТВА /ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ ГАЗОВ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для исследования процессов газовыделений в лабораторных и производст венных условиях. Известно устройство для определе ния скорости и объема выделяющихся газов, содержащее измерительную кам ру с поршнем, измерительный преобра зователь, преобразователь давления и регистратор ij. Недостатками известного устройства являются следующие факты: невозможность получения линейного час тотно-импульсного выходного сигнала вследствие ограниченности объема, недостаточная точйость измерения .объема газовыделений при большом объёме камеры, ошибка в измерении скорости и объема газовыделе ;ий, обусловленная зависимостью количест ва газа, отданное потребителю от да ления на выходе потребителя. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения. скорости и объема выделяющихся газов, содержащее золотниковый элемент, подключенный к измерительной камере, преобразователь давления, выходы, которого подключены к входам триггера с разделенными входами, подключенного к входам частотомера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента 2. Недостатком известного устройства является ошибка в измерении скорости и объема газовыделений, обусловленная зависимостью количества газа, отданное за один цикл потребителю от давления газовой среды на входе потребителя. Цель изобретения - увеличение точности определения скорости и количества выделяющихся газов. Указанная цель достигается тем, что преобразователь давления выполнен в виде двух пятимембранных пневмагических элементов сравнения, один из которых выполнен с двумя камерами обратной связи и снабжен двумя постоянными дросселями, и двух задатчиков давления,причем в первом элементе сравнения одна из входных камер подключена к линии сброса, а вторая - к выходу первого задатчика, а крайние камеры соединен с атмосферой и снабжены соплами, которые через постоянные дроссели связаны с источником давления питания, при этом междроосельные камеры, образованные постоянным дросселем и соплом,соединены с камерами отрицательной обратной связи, при этом одна из них соединена с положительной камерой второго элемента сравнения, другая - с отрицательной, вторая положительная камера этого же з лемента соединена с измерительной камерой, а вторая отрицательная ка.мера соединена с выходом второго задатчика, при этом выход второго элемента сравнения подключен к входа частотомера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента.

На чертеже представлена схема предложенного устройства.

Устройство для определения скорости и количества выделяющихся газов включает канал 1 золотникового элемента 2, к которому присоединен источник газовыделений (не показан) . К каналу 3 подключена измерительная камера Ц и преобразователь 5 давления, выходной элемент 6 которого присоединен к частотомеру 7 и счетчику 8 импульсов, а также соединен с входом исполнительного механизма 9 золотникового элемента. Исполнительный механизм 9 механически связан с золотником 10. Канал 11 элемента 2 соединен с атмосферой или со сборной емкостью, а канал 12 золотника 10 связывает между собой каналы 1 и 3 или каналы 11 и 3Преобразователь 5 давления выполнен в виде двух пятимембраннь1х пневматических элементов 6 и 13 сравнения, двух задатчиков 14 и 15 давления и двух постоянных дросселей 16 и 17. Сопла С и С2, расположенные соответственно в камерах Е пятимембранного элемента 13 сравнения, через постоянные дроссели 16 и 17 соединены с источником давления.

Междроссельная камера, образованная соплом С и дросселем 16, соединена с камерой а камера, образованная соплом С-г. и дросселем 17, соединена с камерой Б, отрицательной обратной связи,

Устройство для определения скорости и количества выделяющихся газов работает следующим образом.

При отсутствии газовыделений золотниковый элемент 2 занимает положение, при котором канал 1 через канал 12 в золотнике 10 соединен с каналом 3. В измерительной камере 4 давление равно Рд, установленное задатчиком 14. На выходе преобразователя 5 давления при этом будет сигнал нулевого уровня, так как Р - Р устанавливаемый задатчиком 15. Этот сигнал воздействует на исполнительный механизм 9 который удерживает золотник 10 в положении, при котором соединяются каналы 1 и 3 Газы от источника газовыделений поступают через канал 1 в камеру 4, вызывая рост давления в ней. Как только давление в камере 4 достигает значения RC- на выходе элемента 6 сравнения появляется единичный си|- нал. Этот сигнал поступает на вход исполнительного механизма 9. который при этом перемещает золотник 10, соединяя канал 11 с каналом 3- Происходит разгрузка камеры k в атмосферу или в сборную емкость. Разгрузка камеры 4 до давления Pj происходи за время значительно меньшее, чем время ее наполнения.

На выходе преобразователя 5 после разгрузки .камеры 4 появляется нулевой сигнал Р, О, под действием которого исполнительный механизм 9 перемещает золотник 10 так, чтобы канал 12 соединил каналы 1 и 3Вновь начинается процесс заполне.ния камеры k выделяющимися газами. Количество газа &Q , которое выводится за один цикл из камеры 4, определяется по следующей формуле

( - )У

в.

(1) RT

Р - величина давления, устанавливаемая задатчиком 15, нм,

Pjj - величина давления в канале

11 - З11, нм ,

V - емкость камеры +, м , R - газовая постоянная, Дж.кГ. K-, т - абсолютная температура газа, К. Если давление Pf в канале 11 (ат мосфера или сборная емкость) постоян но и равно давлению настройки задат чика 1, т.е. Р Р,, то первая часть формулы (1) постоянна, поэтому количество газа, которое выводится за один цикл из камеры k будет постоянно и равно расчетному. На выходах элемента 13 при Р.. . дэвление будет равно нулю. Эле мент 6 сравнения при этом будет име -выходное давление 1 , если Р (2) О, если Р4 , Процессы заполнения и разгрузки измерительной камеры 4 чередуются. О скорости газовыделений W в устрой стве судят по частоте переключения элемента 6, которая измеряется частотомером 7 и связан со скоростью газовыделений зависимостью (Л4Ж. (3) Количество выделившихся газов определяется количеством импульсов N, поступивших на счетчик 8, которо связано с количеством выделившихся газов О соотношением вида %I,Jtiv;j. () Информация об измеряемых параметрах на выходе устройства представляется в виде последовательности прямоугольных импульсов, частота которых пропорциональна скорости газовыделений, а количество импульсов пропорционально количеству выделивше гося газа. При изменениивеличины давления в линии сброса В изменяется величина -00 , поэтому появляется ошибка в определении общего количества выделившегося газа. Пусть давление в линии сброса возрастает на некоторую величину kP, т.е. Bf - ЛР. Для того, чтобы величина QQ осталась прежней, происходит срабатывание элемента 6 и соединение каналов 1Ги 3. чтобы разность . - Р. осталась прежней. Рассмотрим подообнг.е . преоб разователя 5 давлочия. Работа элементов 6 и 13 основана на принципе пневматической силовой компенсации, при котором механические перемещения близки к нулю. В элементе 13 происходит сравнение давлений Р с давлением , которые поступают в измерительные камеры Г и В Под действием разности этих давлений перемещается регистрирующий орган, состоящий из пяти резинотканевых мембран, соединенных между собой жестким центром, торцы которых служат заслонками сопел С и С. При 1 - Р Дл элемента 13 имеем Р... Для элемента 6 имеем если / Р + дР, если Р4 + Д Р Поэтому при возрастании давления Р на величину Л Р давление, при котором происходит переключение золотника 10 на сброс давления из камеры 4, увеличивается на величину ДР, т.е. разность давлений в формуле (1) остается прежней. Рассмотрим второй случай, когда давление Р уменьшается на величину АР, т.е. Р ДР. Тогда для элемента 13 можно записатьРе (3 Pxf ДР. ОДля элемента 6 имеем 1, если (8) б (о, если Р4 ЛР Поэтому при уменьшении давления Р на величину ДР давление, при котором происходит переключение з.олотника 10 на сброс давления из камеры t, уменьшается на величину ДР, т.е. разность давлений в формуле (l) остается прежней. Предлагаемое устройство увеличивает точность определения скорости и количества выделяющихся газов, так как учитываются колебания давления на линии сброса газа, поэтому за каждый цикл в линию сброса поступает постоянное наперед заданное количество газа. Кроме того, для пневматических элементов используются в качестве входных давлений давления

измеряемой газовой среды без дополни тельного преобразования.

Формула изобретения

Устройство для определения скорое ти и количества выделяющихся газов, содержащее золртниковый элемент, один вход которого подключен к линии подвода газа, а другой - к линии сброса газа, выход подключен к измерительной камере и преобразователю давления, выход которого соединен с входами частотомера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, преобразователь давления выполнен в виде двух пятимембранных пневматических элементов сравнения, один из которых выполнен с двумя камерами обратной связи и снабжен-двумя постоянными дросселями и двух задатчиков давления, причем в Первом элементе сравнения одна из входных камер подключена к линии сброса, а вторая - к выходу первого задат.чика, а крайние .камеры соединены с .атмосферой и снабжены соплами.

170898

которые через постоянные дроссели связаны с источником давления пита.ния, при этом междроссельные камеры, образованные постоянным дросселем

5 и соплом, соединены с камерами отрицательной обратной связи, при этом одна из них соединена с положительной камерой второго элемента сравнения, другая - с-отрицательной, вторая

10 положительная камера этого же элемента соединена с измерительной камерой, а вторая отрицательная камера соединена с выходом второго задатчика, при этом выход второго элемента ррав15 нения подключен к входам частотомера, счетчика импульсов и исполнительного механизма золотникового элемента.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

с. 785-787.

I

2. Авторское свидетельство СССР №618680, кл.С 01 Р 5/00, 1977 (прототип).