Способ калибровки манометрических приборов контроля герметичности

Изобретение относится к области динамических методов калибровки автоматических средств контроля герметичности, в частности манометрических приборов, основанных на регистрации изменения испытательного давления. Предложен способ калибровки манометрических приборов контроля герметичности, основанный на принципе истечения потока воздуха из замкнутой измерительной камеры, в которой размещают эталонное герметичное изделие и к которой подключают измерительный манометрический прибор, регистрирующий изменение испытательного давления, в атмосферу, при этом создают проход потока воздуха от измерительной камеры в атмосферу через активное сопротивление, обладающее линейной зависимостью потока от перепада давлений и основанное на частотном принципе переноса молекул от большего потенциала к меньшему, что приводит к изменению испытательного давления на достоверное значение, равное цене деления измерительного манометра, соответствующего общему количеству переключений активного сопротивления, а один цикл переключения равен допустимой погрешности измерений. Технический результат - обеспечение получения малых изменений давления, не зависящих от параметров внешней среды (температуры, барометрического давления, влажности). 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области динамических методов калибровки автоматических средств контроля герметичности, в частности манометрических приборов, основанных на регистрации изменения испытательного давления.

Уровень техники

Из уровня техники известен хронометрический способ калибровки манометрических приборов контроля герметичности, основанный на принципе истечения потока воздуха из замкнутой измерительной камеры, в которой размещается эталонное герметичное изделие, с подключенным к измерительной камере манометрическим прибором, регистрирующим изменение испытательного давления, в атмосферу через дросселирующее устройство, [Неразрушающий контроль. Справочник. В 7 m./ Под общей ред. Клюева В.В. Т. 2: Книга 1. Контроль герметичности. - Москва: Машиностроение, 2003. - 688 с., с. 552-556].

Недостатком данного способа является влияние погрешностей на показания манометрических приборов, вызванных изменением параметров внешней среды: температуры, барометрического давления, влажности. Кроме того, данный способ не может быть использован для калибровки манометрических средств контроля герметичности при малых изменениях испытательного давления (менее 200 Па), ввиду отсутствия поверенных средств контроля в указанном диапазоне давлений.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема предлагаемого изобретения состояла в устранении недостатков известного технического решения.

Технический результат настоящего изобретения заключается в получении малых изменений давления, не зависящих от параметров внешней среды (температуры, барометрического давления, влажности).

Техническая проблема решается и технический результат достигается способом калибровки манометрических приборов контроля герметичности, основанном на принципе истечения потока воздуха из замкнутой измерительной камеры, в которой размещается эталонное герметичное изделие, и к которой подключают измерительный манометрический прибор, регистрирующий изменение испытательного давления, в атмосферу при этом в соответствии с предложенным способом создают проход потока воздуха от измерительной камеры в атмосферу через активное сопротивление, обладающее линейной зависимостью потока от перепада давлений и основанное на частотном принципе переноса молекул от большего потенциала к меньшему, что приводит к изменению испытательного давления на достоверное значение, равное цене деления измерительного манометра, соответствующего общему количеству переключений активного сопротивления, а один цикл переключения равен допустимой погрешности измерений.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 приведена схема устройства калибровки манометрических приборов контроля герметичности.

На фиг. 2 приведены характеристики заполнения и опустошения калибровочного объема, где: а) предельный случай периода следования импульсов t_гр; б) общий случай периода следования импульсов t>t_гр.

Осуществление изобретения

Для пояснения заявленного способа калибровки манометрических приборов контроля герметичности ниже рассмотрена работа устройства калибровки, схема которого представлена на фиг. 1.

Устройство калибровки состоит из устройства контроля герметичности 18 и измерительной камеры 15, в которой размещают эталонное герметичное изделие 19, подключенной к контрольному образцовому манометру 8, активному сопротивлению 16 и генератору импульсов 17. Активное сопротивление содержит калибровочный объем V₀ 1, расположенный в пластине 2 и уплотняемый клапанами 3 и 4, жестко закрепленными на мембранах 5 и 6. Клапаны 3 и 4 перемещаются в направляющих пластинах 9 и 10, в которых просверлены каналы 11 и 12, связывающие попеременно калибровочный объем V₀ 1 с измерительной камерой 15 объемом V_u, находящейся под испытательным давлением Р_и, и с атмосферным давлением Р_а. Уплотнение калибровочного объема V₀ 1 обеспечивается прокладками 13 и 14.

Работает устройство калибровки по хронограмме: ⎜t₀-t₁⎜+⎜t₁-t₂⎜+⎜t₂-t₃⎜. В момент времени t₀ подается тактовый сигнал Pt₀ от генератора импульсов 17, который открывает клапан 3, связывая калибровочный объем V₀ 1 с линией Р_и и объемом V_u. Клапан 4 закрыт.Воздух заполняет калибровочный объем V₀ 1 под давлением Р_и. Количество молекул N_и в калибровочном объеме V₀ будет равно:

где k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура газа.

Промежуток времени ⎜t₀-t₁⎜ выбран из расчета обеспечения наполнения калибровочного объема V₀ 1 до давления Р_и. В момент времени t₁ происходит закрытие клапана 3, а в момент времени t₂ - открытие клапана 4, соединяющего калибровочный объем V₀ 1 с атмосферой. В момент времени t₃ происходит закрытие клапана 4 и выдержка в таком состоянии в течение времени ⎜t₁-t₂⎜. Промежуток времени ⎜t₂-t₃⎜ выбран из условия падения давления в калибровочном объеме V₀ 1 до атмосферного давления Р_а. При этом количество молекул N_a в калибровочном объеме V₀ 1 будет равно:

При давлении Р_и>Р_а количество молекул, перетекающих из измерительного объема в атмосферу через калибровочный объем за один такт будет равен:

За n тактов генератора общее число молекул будет равно:

Молекулярный расход определяться по формуле:

Учитывая, что - частоте переключения генератора, молекулярный расход Q_м будет определяться по формуле:

Общий поток газа П через калиброванный объем будет равен:

Введем обозначение коэффициента расхода α:

Отсюда

где Р_из - избыточное давление.

Поскольку коэффициент расхода а не зависит от температуры и давления газа, уравнение (IX) представляет собой линейную функцию потока П от перепада давления (Р_и-P_a).

Продолжительность Δt цикла должна удовлетворять условию:

Необходимая частота работы генератора импульсов рассчитывается по формуле:

Изменение величины потока при калибровке манометрических приборов контроля герметичности прямо пропорционально изменению испытательного давления Р_и и определяется расчетным путем в зависимости от количества n переключений клапанов 3 и 4, фиксируемых счетчиком 7, давления Р_и в измерительном объеме, контролируемого манометром 8, и величины калибровочного объема V₀. Изменение испытательного давления ΔР_и за n тактов работы генератора равно сумме падения давления в каждом такте:

Принимая за ΔР_и цену деления контрольного манометра 8, разбивая ее на n частей. Изменяя количество тактов генератора, возможно фиксировать малые значения падения давления в камере, заданные технической документацией.

Исключая влияние параметров окружающей среды, относительная погрешность калибровки δ определяется как отношение количества молекул перетекающих в калибровочный объем V₀ из измерительного объема V_u за один такт, к количеству молекул ΔN_i, перетекающих в калибровочный объем за n тактов.

где n - количество тактов генератора, необходимое для снижения давления ΔР_и на величину цены деления измерительного прибора.

Таким образом, увеличивая количество тактов, относительная погрешность δ уменьшается.

Динамическая погрешность калибровки определяется исходя из времени заполнения и опустошения калибровочного объема. В предельном случае период следования импульсов должен составлять t_гp (фиг. 2(а)), а в общем случае t>t_гр (фиг. 2(б)).

Учитывая, что режим истечения газа в двух взаимосвязанных камерах является турбулентным, определяется время процессов заполнения (t_зап) и опустошения (t_on) камер [Мордасов М.М., Трофимов А.В. Анализ и синтез пневматических устройств / Учебное пособие. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 136 с., с. 20]:

где t_зап - время заполнения калибровочного объема в одном такте, ε - коэффициент расхода при турбулентном режиме, S - площадь проходного сечения расходного дросселя, - отношение абсолютных давлений при заполнении, r₀ - значение r при t=0,

где с - отношение теплоемкости воздуха при постоянном давлении к его теплоемкости при постоянном объеме, R - газовая постоянная, g - ускорение свободного падения,

где t_on - время опустошения калибровочного объема в одном такте, - отношение абсолютных давлений при опустошении калибровочного объема. Так как t_гр=t_зап+t_on, имеем:

Следовательно, граничная частота работы генератора будет равна:

Оценивается величина граничной частоты для реально возможного случая. Пусть измерительный объем V_u равен 200 см³, избыточное давление (Р_и-Р_а) равно 0,01 МПа, падение давления за один такт работы генератора - 50 Па, тогда калибровочный объем V₀=10^-6 м³.

При этих данных t_гр=5⋅10^-4 с, ƒ_гр=2⋅10³ Гц = 2 кГц.

Таким образом, при реальной частоте работы генератора 100 Гц динамическая погрешность будет исключена.

Определены статические и динамические погрешности способа калибровки манометрических средств контроля герметичности: статическая ошибка соответствует выбранной величине изменения испытательного давления, соответствующая одному циклу при частотном переносе молекул. Динамическая ошибка проявляется при проведении калибровки с частотой, нарушающее граничное время опустошения и заполнения калибровочной емкости.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ калибровки манометрических приборов контроля герметичности повышает чувствительность калибровки за счет исключения влияния изменения барометрического давления, температуры и влажности окружающей среды.

Способ калибровки манометрических приборов контроля герметичности, основанный на принципе истечения потока воздуха из замкнутой измерительной камеры, в которой размещают эталонное герметичное изделие и к которой подключают измерительный манометрический прибор, регистрирующий изменение испытательного давления, в атмосферу, отличающийся тем, что создают проход потока воздуха от измерительной камеры в атмосферу через активное сопротивление, обладающее линейной зависимостью потока от перепада давлений и основанное на частотном принципе переноса молекул от большего потенциала к меньшему, что приводит к изменению испытательного давления на достоверное значение, равное цене деления измерительного манометра, соответствующего общему количеству переключений активного сопротивления, а один цикл переключения равен допустимой погрешности измерений.