Способ измерения давления газа внутри замкнутого объёма (полого шара)

Авторы патента:

Аверин Сергей Иванович (RU)

Сайков Иван Владимирович (RU)

Алымов Михаил Иванович (RU)

G01L11/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью средств, не отнесенных к группе G01L 7/00 или G01L 9/00

Владельцы патента RU 2740341:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к аддитивным технологиям и селективному лазерному спеканию при получении изделий из металлических и керамических порошков. Изобретение может быть использовано для измерения давления газа внутри закрытых пор в порошковых прессовках, литых или полученных по аддитивной технологии заготовках, применяемых в авиационной промышленности и двигателестроении. Cпособ измерения давления газа внутри замкнутого объема (полого шара) включает приложение внешнего сжимающего или растягивающего давления на полый шар, измерение внешнего диаметра шара до и после приложения давления и расчет внутреннего давления газа внутри полого шара по формуле: , где р₁ - давление газа внутри замкнутого объема (полого шара); Δp₁ - изменение давления газа внутри полого шара после приложения внешнего давления p₂, вычисляется по формуле: , R₁₂ - внутренний радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, вычисляется по формуле: R₁₂=R₁+A⋅Δр₁-В⋅р₂, R₁ - внутренний радиус сферы (радиус поры) при начальном давлении р₁, вычисляется через объем, массу и плотность полого шара; R₂ - наружный радиус полого шара при начальном давлении р₁, измеряется напрямую; R₂₂ - наружный радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, измеряется напрямую; А - константа, вычисляется по формуле: , В - константа, вычисляется по формуле: , С - константа, вычисляется по формуле:

D - константа, вычисляется по формуле: , Е - модуль упругости; ν - коэффициент Пуассона. Технический результат - возможность проведения неразрушающего измерения статического давления газа внутри замкнутого сосуда, в частности поры, имеющей малый размер. 1 ил.

Известен способ измерения давления с помощью манометра. Манометр - измерительный прибор для измерения давления или разностей давления с непосредственным отсчетом их значений. Измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Это метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. (Хансуваров К.И. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. Учебное пособие для техникумов / К.И. Хансуваров, В.Г. Цейтлин. Москва, 1990. 287 с.).

Известен неинвазивный способ измерения артериального давления. Техника измерения артериального давления состоит в следующем: на первом этапе в манжету накачивается воздух до уровня давления, на 20 мм рт.ст., превышающего систолическое артериальное давление (САД) (т.е. до исчезновения пульса); затем давление снижается в манжете на 2 мм рт.ст. в секунду. Уровню САД соответствует давление, при котором появляется 1 тон (1-я фаза тонов Короткова; уровню диастолического давления - давление, при котором происходит исчезновение тонов (5-я фаза тонов Короткова) (Писарев М.А. Проблемы и достижения в области измерения артериального давления. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль / М.А. Писарев. 2014. -№4(10). - с. 65-68.).

Наиболее близким является способ измерения внутриглазного давления. Тонометрия по Маклакову заключается в кратковременной установке грузика (тонометра) на роговицу глаза и получении отпечатка поверхности соприкосновения. По ее площади устанавливают показатель внутриглазного давления (Бочкарёва А.А. Глазные болезни. Учебник / А.А. Бочкарёва, Т.И. Брошевский, А.П. Нестеров, В.Г. Абрамов, Д.С.Кроль, С.Е. Стукалов, Б.Ф. Черкунов, Н.Б. Лукова; под науч. ред. А.А. Бочкаревой. Москва, 1989. 416 с.).

Недостатками вышеприведенных способов измерения давления является их пассивность, невозможность неразрушающего измерения статического давления газа внутри замкнутого сосуда (поры) малого размера.

Мы предлагаем активный метод измерения внутреннего давления в замкнутом объеме.

Техническим результатом предлагаемого способа является измерения внутреннего давления в замкнутом объеме, что позволит прогнозировать и управлять качеством получаемых изделий.

Технический результат достигается тем, что способ измерения давления газа внутри замкнутого объема (полого шара), включает приложение внешнего сжимающего или растягивающего давления на полый шар, измерение внешнего диаметра шара до и после приложения давления и расчет внутреннего давления газа внутри полого шара по формуле:

где р₁ - давление газа внутри замкнутого объема (полого шара);

Δр₁ - изменение давления газа внутри полого шара после приложения внешнего давления р₂, вычисляется по формуле:

R₁₂ - внутренний радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, вычисляется по формуле:

R₁₂=R₁+A⋅Δp₁-B⋅р₂

R₁ - внутренний радиус сферы (радиус поры) при начальном давлении р₁, вычисляется через объем, массу и плотность полого шара;

R₂ - наружный радиус полого шара при начальном давлении р₁, измеряется напрямую;

R₂₂ - наружный радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, измеряется напрямую;

А - константа, вычисляется по формуле:

В - константа, вычисляется по формуле:

С - константа, вычисляется по формуле:

D - константа, вычисляется по формуле:

Е - модуль упругости;

ν - коэффициент Пуассона.

Сущность изобретения заключается в следующем.

На фиг. приведена схема, поясняющая предложенный способ расчета внутреннего давления газа в поре в состоянии покоя (при отсутствии внешнего давления). Способ реализован путем решения задачи обратной задаче Лямэ за счет приложения внешнего всестороннего давления и измерения изменения объема при помощи предложенной формулы, связывающей внешнее, внутренне давление и геометрические размеры сферы.

На фиг. сплошной линией обозначены контуры сечения полой сферы при искомом давлении p₁ при известных радиусах внешней поверхности (R₂) и внутренней полости (R₁). При приложении к полой сфере внешнего давления р₂, ее радиус изменяется (контуры сферы приведены пунктиром на фиг. 1). При установлении равновесия измеряется радиус внешней поверхности сферы R₂₂.

Искомое давление p₁ внутри полой сферы (поры) вычисляют по выражению:

где р₁ - давление газа внутри замкнутого объема (полого шара);

Δp₁ - изменение давления газа внутри полого шара после приложения внешнего давления р₂, вычисляется по формуле:

R₁₂ - внутренний радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, вычисляется по формуле:

R₁₂=R₁+А⋅Δp₁-В⋅р₂

R₂ - наружный радиус полого шара при начальном давлении р₁, измеряется напрямую;

R₂₂ - наружный радиус полости шара при приложении внешнего давления р₂, измеряется напрямую;

А - константа, вычисляется по формуле:

В - константа, вычисляется по формуле:

С - константа, вычисляется по формуле:

D - константа, вычисляется по формуле:

Е - модуль упругости;

ν - коэффициент Пуассона.

Предложенный способ позволяет производить измерение давления внутри полости без ее вскрытия и разрушения за счет предложенной формулы, связывающей давление газа и геометрические размеры полой сферы. Внешний радиус сферы R₂ при этом измеряется напрямую. Внутренний радиус R₁ вычисляется исходя из измеряемых массы, объема и плотности сферы.

На данный момент не существует методов определения давления внутри замкнутых сосудов малого диаметра (пор) в изделиях, полученных по технологиям порошковой металлургии, что приводит к невозможности прогнозирования структурной динамики материала на микроуровне и обеспечения надежности и конструкционной прочности изделия в целом. Измерение давления внутри замкнутых сосудов малого диаметра (пор) позволяет оптимизировать технологические процессы изготовления изделий, управлять структурой и свойствами, избегать образования трещин на границах частиц, составляющих материал.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет измерять давление газа в замкнутом объеме, в том числе микроразмера, что обеспечит надежное прогнозирование свойств полученных порошковых заготовок, которые могут быть использованы в авиационной промышленности и двигателестроении.

Способ измерения давления газа внутри замкнутого объема (полого шара), включающий приложение внешнего сжимающего или растягивающего давления на полый шар, измерение внешнего диаметра шара до и после приложения давления и расчет внутреннего давления газа внутри полого шара по формуле:

где р₁ - давление газа внутри замкнутого объема (полого шара);

R₁₂ - внутренний радиус полости шара при приложении внешнего давления р₁, вычисляется по формуле:

R₁₂=R₁+А⋅Δр₁-В⋅р₂

R₁- внутренний радиус сферы (радиус поры) при начальном давлении р₁, вычисляется через объем, массу и плотность полого шара;

R₂ - наружный радиус полого шара при начальном давлении р₁, измеряется напрямую;

R₂₂ - наружный радиус полости шара при приложении внешнего давления p₂, измеряется напрямую;

А - константа, вычисляется по формуле:

В - константа, вычисляется по формуле:

С - константа, вычисляется по формуле:

D - константа, вычисляется по формуле:

Е - модуль упругости;

ν - коэффициент Пуассона.

Компенсатор температурной погрешности лазерно-интерференционного измерителя относится к измерительной технике и может применяться для повышения точности лазерно-интерференционных измерителей, применяемых в геофизике.

Датчик аэрометрических давлений // 2736736

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.

Устройство измерения давления с модулями преобразователей давления и способ работы устройства // 2693742

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для измерения давления при испытаниях газотурбинных двигателей. Сущность: модуль (6) преобразователя давления содержит платформу (11) с закрепленным на ней преобразователем (12) давления, коллектор (13) с расположенными на нем по меньшей мере двумя распределителями (20) с электроуправлением и элемент (14) крепления модуля (6) преобразователя давления.

Комплексный прибор для исследования скважин // 2672073

Изобретение относится к геофизической технике и может быть использовано для проведения гидротермодинамических исследований пластов и, преимущественно, паронагнетательных скважин, в частности, для уточнения геолого-гидродинамической модели продуктивного пласта и залежи, контроля продуктивности скважин.

Способ измерения давления // 2663552

Изобретение относится к промышленной метрологии и может быть использовано для высокоточного измерения статического и динамического давления. Способ измерения давления, при котором в объемном резонаторе в виде отрезка волновода с одной из торцевых стенок в виде металлической мембраны, воспринимающей измеряемое давление, в первом цикле измерений возбуждают электромагнитные колебания одного из его типов Нnmp (n= 0, 1, 2,…; m= 0, 1, 2,…, p=1 ,2,…) или Еnmp (n= 0, 1, 2,…; m= 1, 2,…, p= 1, 2,…) с ненулевым индексом p и измеряют резонансную частоту ƒ1 электромагнитных колебаний.

Способ оценки давления в вакуумном резервуаре сервотормоза // 2641364

Объектом изобретения является способ оценки давления (Pass) в вакуумном резервуаре (28) вакуумного сервотормоза (26) автотранспортного средства (10), при этом транспортное средство (10) содержит: тормозное устройство (16); сервотормоз (26); датчик (23) давления.

Гидроакустический волоконно-оптический датчик давления // 2610224

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при разработке датчиков физических величин на основе кольцевого волоконно-оптического интерференционного чувствительного элемента.

Амплитудный волоконно-оптический сенсор давления // 2589946

Изобретение относится к области сенсорной электроники и может быть использовано для измерения параметров технологических сред, в медицине. Заявленный амплитудный волоконно-оптический сенсор давления содержит кремниевый мембранный упругий элемент с жестким центром, оптическое волокно, передающее излучение от внешнего источника и закрепленное на мембранном упругом элементе с возможностью перемещения только вместе с его жестким центром пропорционально измеряемому давлению, и один фотоприемник.

Устройство для измерения давления // 2584380

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и может быть использовано в датчиках давления. Устройство для измерения давления состоит из штока, первого, второго и третьего пьезоэлементов.

Стенд испытаний кабельных муфт погружных электродвигателей // 2584093

Изобретение относится к испытаниям металлических конструкций и может быть использовано в кабельной технике для оценки работоспособности муфт кабельных погружных электродвигателей.