Способ создания перепада давления и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу создания перепада давления газовых смесей, а также к устройству для его осуществления и может использоваться, например, с целью проведения испытаний по определению погрешности различных средств измерения перепада давления, в том числе их поверки, градуировки и калибровки. Технический результат изобретения - максимальное упрощение создания перепада давления между двумя полостями средства перепада давления и повышение его производительности. Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Измерительную емкость V₁ объединяют с обеими полостями средства измерения перепада давления, производят заполнение измерительной емкости до исходного давления P₁, отсекают одну из полостей средства измерения давления от измерительной емкости, однократно заполняют дозирующую емкость до давления Р₂, обеспечивают постоянную температуру газа за счет выравнивания исходной температуры рабочей газовой смеси в измерительной и дозирующей V₂ емкостях с температурой окружающей среды, однократно соединяют дозирующую емкость с измерительной и ожидают выравнивания давлений в измерительной и дозирующей емкостях. Устройство для осуществления способа включает измерительную V₁ и дозирующую V₂ емкости калиброванных объемов, клапаны и подсоединительные трубопроводы, соединяющие эти емкости друг с другом и откачной системой, с источником давления, полостями средства измерения перепада давления, и манометр для измерения исходного давления в емкостях, отличается тем, что в него введены дополнительные элементы - клапан и подсоединительный трубопровод для подключения к измерительной емкости средства измерения перепада давления, измерительная и дозирующая емкость и другие упомянутые элементы устройства, входящие в объединяемые объемы, выполнены из материалов, обладающих высокой теплопроводностью, при этом формы и размеры упомянутых элементов выбраны из условия обеспечения достаточно быстрого выравнивания исходной температуры рабочей газовой смеси с температурой окружающей среды. Для уменьшения влияния адсорбционно-десорбционных процессов, способных привести к изменению исходного давления в полости средства измерения перепада давления, к этой полости может быть подключена дополнительная буферная емкость. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способу создания перепада давления газовых смесей, а также устройству для его осуществления и может использоваться, например, с целью проведения испытаний по определению погрешности различных средств измерения перепада давления, в том числе их поверки, градуировки и калибровки.

Наиболее близким по технической сущности является способ создания абсолютного давления и устройство для его осуществления, в основе которого лежит метод определения давления в соединенных объемах по отношению их объемов и известным давлениям в них до соединения [1]. Задаваемое давление рассчитывается по закону Бойля-Мариотта по известным отношению объемов и давлениям в них. Для обеспечения постоянной температуры газа в методе используется двуступенчатое расширение газа малыми порциями, что достигается путем использования дозирующей емкости малой вместимости - рекомендуемое соотношение измерительной и дозирующей емкостей 1:1000.

Способ осуществляется следующим образом.

Производят откачку и вакуумирование измерительной и дозирующей емкостей до давлений на порядок ниже давлений, реализуемых в этих емкостях при создании необходимого давления.

Заполняют дозирующую емкость газом из источника постоянного давления до этого постоянного давления. Отсекают дозирующую емкость от источника постоянного давления, затем сообщают дозирующую емкость с измерительной и выжидают, пока она заполнится газом.

Процедуру заполнения дозирующей емкости и ее объединения с измерительной повторяют необходимое количество раз до получения в измерительной емкости требуемого давления.

Основными недостатками этого известного способа является то, что для обеспечения постоянной температуры газ в измерительную емкость из дозирующей необходимо подавать малыми порциями, что приводит к малой производительности способа из-за необходимости многократного повторения операции объединения дозирующей и измерительной емкости. Необходимость глубокого вакуумирования измерительной емкости снижает производительность способа, что, в свою очередь, вызывает потребность в использовании сложной откачной системы, позволяющей создавать глубокий вакуум.

Устройство для осуществления способа сложно в изготовлении, поскольку требует измерения вместимости дозирующей емкости с высокой точностью и использования высокоточного образцового манометра для измерения исходного давления.

Задачей заявляемого изобретения является максимальное упрощение способа создания перепада давления между двумя полостями средства измерения перепада давления и повышение его производительности.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном способе создания перепада давления ΔP путем заполнения дозирующей V₂ емкости до заданного давления и последующего объединения ее с измерительной V₁ емкостью, измерительную емкость объединяют с обеими полостями средства измерения перепада давления, производят заполнение измерительной емкости и испытываемого средства измерения до исходного давления P₁, отсекают одну из полостей средства измерения давления от измерительной емкости, однократно заполняют дозирующую емкость до давления Р₂, рассчитанного по формуле , обеспечивают постоянную температуру газа за счет выравнивания исходной температуры рабочей газовой смеси в измерительной и дозирующей емкостях с температурой окружающей среды, однократно сообщают дозирующую емкость с измерительной емкостью, ожидают выравнивания давлений в измерительной и дозирующей емкостях.

Основные преимущества заявляемого способа заключаются в том, что он не требует многократного повторения операций по изменению давления в измерительной емкости, не требует предварительного глубокого вакуумирования измерительной емкости, не требует измерения вместимости дозирующей емкости с высокой точностью и использования высокоточного образцового манометра для измерения исходного давления. В результате по сравнению с известным способом создания перепада давления, производительность заявляемого при создании перепадов давлений в диапазонах 1-10 и 10³-10⁴ Па и заборе газа непосредственно из атмосферы повышается более чем в 10 раз с сохранением точности создания перепада на уровне известного способа.

Указанный способ позволяет создавать не только перепад давления, но и абсолютное давление. Для этого исходное давление в измерительной емкости создают меньшим, чем требуемая погрешность задания абсолютного давления.

Устройство для осуществления заявляемого способа содержит измерительную V₁ и дозирующую V₂ емкости калиброванных объемов, клапаны и подсоединительные трубопроводы, соединяющие емкости друг с другом, с откачной системой (насосом), с источником давления (или атмосферой), полостями средства измерения перепада давления, и манометр для измерения исходного давления в емкостях, отличается тем, что в него введены дополнительные элементы - клапан и подсоединительный трубопровод для подключения к измерительной емкости средства измерения перепада давления, измерительная и дозирующая емкости и другие элементы устройства, входящие в объединяемые объемы, выполнены из ряда материалов, обладающих высокой теплопроводностью, например алюминия, меди, никеля, железа или их сплавов, при этом формы и размеры упомянутых элементов выбраны из условия обеспечения достаточно быстрого выравнивания исходной температуры окружающей среды с температурой рабочей газовой смеси.

Принципиальная схема устройства приведена на фиг.1. На фиг.1 показаны измерительная V₁ емкость 1, дозирующая V₂ емкость 2, выполненные, например, из нержавеющей стали, манометр для измерения исходного давления в полостях устройства 3, испытываемое (поверяемое, градуируемое) средство измерения перепада давления 4, клапаны 5-11 и подсоединительные трубопроводы 12-14, выполненные, например, из меди.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы производится подготовка устройства к работе, включая мероприятия по проверке герметичности и обезгаживанию внутренних полостей объемов устройства, выбору рабочей газовой смеси, удовлетворяющей уравнению состояния идеального газа при рабочих давлениях и не взаимодействующей с материалом устройства. К клапанам 5 и 6 с помощью подсоединительных трубопроводов 12, 13 подключают испытываемое средство измерения 4, для которого необходимо выполнить поверку, градуировку или калибровку.

Путем напуска и откачки рабочей газовой смеси через клапаны 10, 11, при открытых клапанах 5, 6, 7, 9, в измерительной емкости V₁ устанавливают исходное начальное давление P₁, закрывают клапаны 7, 9, открывают клапан 8 и в дозирующей емкости V₂ устанавливают давление Р₂. Контроль давления осуществляют по показаниям манометра 3. Ожидают выравнивания температуры газа в емкостях с температурой окружающей среды. Закрывают клапан 5. Для создания перепада давления между полостями средства измерения перепада давления 4 производят объединение измерительной и дозирующей емкостей путем открытия клапана 9 и делают выдержку до стабилизации давления. В результате между полостями создается перепад давления ΔP, по величине равный изменению давления в объединенных объемах измерительной и дозирующей емкостей и рассчитываемый по формуле:

где V₁ - вместимость измерительной емкости;

V₂ - вместимость дозирующей емкости;

P₁ - исходное давление в измерительной емкости;

P₂ - исходное давление в дозирующей емкости.

С целью уменьшения влияния адсорбционно-десорбционных процессов, способных привести к изменению исходного давления в полости средства измерения перепада давления, в соответствии со схемой, приведенной на фиг.2, к этой полости может быть подключена дополнительная буферная емкость 15.

Для определения погрешности средств измерения абсолютного давления испытываемое средство подключают к клапану 5, а клапан 6 заглушают. Дальнейший порядок действий аналогичен вышеизложенному, за исключением того, что исходное давление P1 устанавливают меньшим, чем требуемая погрешность задания абсолютного давления.

Преимущества заявляемого устройства заключаются в уменьшении его габаритов, упрощении конструкции, удешевлении стоимости изготовления и повышении производительности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1134893 от 15.01.85. Устройство для градуировки преобразователей давления.

1. Способ создания перепада давления ΔР путем заполнения дозирующей емкости до заданного давления и последующего объединения ее с измерительной емкостью, отличающийся тем, что измерительную емкость V₁ объединяют с обеими полостями средства измерения перепада давления, производят заполнение измерительной емкости до исходного давления P₁, отсекают одну из полостей средства измерения давления от измерительной емкости, однократно заполняют дозирующую емкость до давления Р₂, рассчитанного по формуле , обеспечивают постоянную температуру газа за счет выравнивания исходной температуры рабочей газовой смеси в измерительной и дозирующей V₂ емкостях с температурой окружающей среды, однократно соединяют дозирующую емкость с измерительной и ожидают выравнивания давлений в измерительной и дозирующей емкостях.

2. Устройство для осуществления способа создания перепада давления, содержащее измерительную V₁ и дозирующую V₂ емкости калиброванных объемов, клапаны и подсоединительные трубопроводы, соединяющие эти емкости друг с другом и откачной системой (насосом), с источником давления (или атмосферой), с полостями средства измерения перепада давления, и манометр для измерения исходного давления в емкостях, отличающееся тем, что в него введены дополнительные элементы - клапан и подсоединительный трубопровод для подключения к измерительной емкости средства измерения перепада давления, измерительная и дозирующая емкость и другие упомянутые элементы устройства, входящие в объединяемые объемы, выполнены из материалов, обладающих высокой теплопроводностью, при этом формы и размеры упомянутых элементов выбраны с условием обеспечения достаточно быстрого выравнивания исходной температуры рабочей газовой смеси с температурой окружающей среды.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что его элементы, входящие в состав объединяемых объемов выполнены из меди, алюминия, никеля, железа или их сплавов.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что со стороны одной из полостей испытываемого средства измерения перепада давления дополнительно установлена буферная емкость.