Устройство для создания эталонных потоков пробных газов и способ определения эталонного потока пробного газа



Устройство для создания эталонных потоков пробных газов и способ определения эталонного потока пробного газа

 


Владельцы патента RU 2426084:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ "ГЕРМЕС" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в электронной, атомной промышленности, в машиностроении, где испытания изделий связаны с высокими требованиями по герметичности. Изобретения направлены на повышение точности создания эталонного потока пробного газа и расширение диапазона создаваемых калибровочных потоков в сторону уменьшения их величины, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит по ходу газового потока емкости для хранения и подачи пробного газа, элемент малой проводимости при молекулярном режиме течения пробного газа, подключенные к емкости подачи вакуумный насос, измеритель давления и коммутационную арматуру. Согласно изобретению, устройство дополнительно содержит подключенную к емкости подачи пробного газа емкость перепуска, а элемент малой проводимости, установленный на выходе пробного газа из устройства, выполнен в виде стеклянного капилляра. При этом поток пробного газа от устройства определяется по соотношению, приведенному в формуле изобретения, которая включает показатели, относящиеся к эталонному потоку пробного газа, к проводимости капилляра, к объему емкости подачи, к времени с момента поступления потока пробного газа через капилляр в технологическую установку, к первоначальному давлению пробного газа на входе в капилляр. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в электронной, атомной промышленности, в машиностроении и, в частности, касается вопросов испытания изделий с высокими требованиями по герметичности.

Известно устройство для создания эталонного потока пробного газа, используемое в способе калибровки газовых течей, по а.с. СССР №1323888, G01M 3/02, БИ №26-87, которое содержит по ходу газового потока емкости для хранения и подачи пробного газа, манометр, натекатель, дифференциальный манометр, коммутационную арматуру и подключенную к устройству технологическую установку (масс-спектрометрический течеискатель и т.д.). Данное устройство предполагает напуск в технологическую установку балластного газа в смеси с пробным газом. Такая схема не позволяет получить высокую точность эталонирования потока пробного газа и ограничивает предельную величину получаемых малых течей из-за негативного влияния балластного газа на чувствительность системы течеискания.

В наибольшей мере предлагаемому техническому решению соответствует устройство (образцовый редуктометрический потокомер) воспроизведения эталонного потока пробного газа, которое содержит емкость для хранения пробного газа, натекатель, исходную, дополнительную и измерительную камеры, образцовый компрессионный вакуумметр, измерители давления, диафрагму известной малой проводимости, коммутационную арматуру и подключенный к устройству масс-спектрометрический течеискатель. При использовании данного устройства применяется способ, при котором поток пробного газа Q через диафрагму известной малой проводимости U определяется произведением измеренного давления пробного газа р перед диафрагмой на проводимость диафрагмы Q=U·p (Кузьмин В.В. «Вакуумные измерения». - М.: Издательство стандартов, с.214).

К недостаткам устройства и способа можно отнести то, что воспроизведение потока пробного газа малой величины ограничивается минимальным значением давления, регистрируемого образцовым компрессионным вакуумметром.

Задачей изобретения является повышение точности измерения эталонного потока малой величины и расширение диапазона создаваемых калибровочных потоков пробного газа в сторону уменьшения их значения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство, содержащее по ходу газового потока емкости для хранения и подачи пробного газа, элемент малой проводимости при молекулярном режиме течения пробного газа и подключенные к емкости подачи вакуумный насос, измеритель давления и коммутационную арматуру, согласно изобретению содержит подключенную к емкости подачи пробного газа емкость перепуска известного объема, а элемент малой проводимости, установленный на выходе пробного газа из устройства, выполнен в виде стеклянного капилляра, при этом эталонный поток пробного газа от устройства определяется по соотношению:

где Q - эталонный поток пробного газа, м3·Па/с;

U - проводимость капилляра, м3/с;

V2 - объем емкости подачи, м3;

τ - время с момента поступления эталонного потока пробного газа через капилляр в технологическую установку, с;

- первоначальное давление пробного газа на входе в капилляр, Па;

P1 - давление в емкости перепуска до сообщения с емкостью подачи, Па;

V1 - объем емкости перепуска, м3;

V2 - объем емкости подачи, м3.

Отличием предлагаемого устройства от аналогичных является то, что для получения эталонных потоков пробного газа малой величины проводится перепуск пробного газа из емкости перепуска в емкость подачи, тем самым обеспечивается возможность контролируемой подачи пробного газа через капилляр при его давлении в емкости подачи меньше значения достоверно регистрируемого самыми чувствительными современными манометрическими средствами. Объемы емкостей перепуска и подачи измерены с высокой точностью. Кроме того, для повышения точности определения эталонного потока учитывается изменение давления в емкости подачи в течение времени функционирования устройства в составе технологической установки.

Измеритель давления предназначен для определения первоначального значения давления пробного газа с высокой точностью.

Емкость перепуска известного объема предназначена для получения в емкости подачи давления пробного газа меньше предела чувствительности высокоточной измерительной аппаратурой.

Для получения необходимого давления пробного газа откачивают емкости перепуска и подачи, перекрывают емкость перепуска, подают в емкость перепуска давление пробного газа, давление в емкости перепуска измеряют регистрирующим прибором с высокой точностью, перекрывают откачку емкости подачи, сообщают емкости перепуска и подачи между собой, а полученное давление пробного газа в емкостях определяют по соотношению

Элемент малой проводимости при молекулярном режиме течения пробного газа выполнен в виде калиброванного стеклянного капилляра и предназначен для подачи эталонного потока пробного газа в технологическую установку, при этом капилляр подобран, таким образом, чтобы поток пробного газа был молекулярным, в этом случае поток газа Q определяется по соотношению:

Q = U·Р при условии Р>>PT,

где Q - эталонный поток пробного газа, м3·Па/с;

U - проводимость капилляра, м3/с;

Р - давление пробного газа на входе в капилляр, Па;

PT - давление пробного газа в технологической установке, Па.

Таким образом, устройство и способ позволяют:

- иметь сравнительно большое начальное давление пробного газа, с тем чтобы измерять его с высокой точностью;

- иметь возможность использовать стеклянный капилляр с достаточно большим каналом, отбирать его визуально и измерять проводимость с высокой точностью;

- иметь малые потоки пробного газа за счет перепуска пробного газа из емкости перепуска, имеющей сравнительно большие размеры, с тем чтобы измерять ее объем с высокой точностью гравиметрическим методом, в еще больший объем емкости подачи, измеренный таким же образом, при этом не измеряя давления пробного газа после перепуска (возможность точного измерения давления отсутствует).

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На чертеже представлено устройство, которое содержит емкость для хранения пробного газа 1, сообщаемую через клапан 8 с емкостью перепуска 3, снабженной измерителем давления 2. Емкость перепуска 3 через клапан 9 сообщается с емкостью для подачи пробного газа 4. Объем емкости перепуска 3 много меньше объема емкости подачи 4. Емкость подачи пробного газа 4 соединена через клапан 7 с вакуумным насосом 6 и соединена с капилляром 5, который через клапан 10 сообщается с технологической установкой.

Порядок работы устройства следующий. Вакуумным насосом 6 откачиваются емкость подачи пробного газа 4, емкость перепуска 3 и другие полости устройства. Клапаном 9 перекрывается емкость перепуска 3, а клапаном 7 перекрывается откачка емкости подачи 4. В полость емкости перепуска 3 подается пробный газ до определенного давления. Для измерения давления используется регистрирующий прибор 2 (датчик давления высокой точности с минимальными пределами измерения). Сообщается емкость перепуска с емкостью подачи открытием клапана 9. После перепуска пробного газа и определенной выдержки клапан 9 перекрывается.

Парциальное давление пробного газа в емкости подачи и на входе в капилляр после перепуска Р0 определяется по соотношению

,

где P1 - давление в емкости перепуска до сообщения с емкостью подачи, Па;

V1 - объем емкости перепуска, м3;

V2 - объем емкости подачи, м3.

При работе устройства открывается клапан 10, производится начальный отсчет времени τ0 и пробный газ поступает в технологическую установку. Эталонный поток пробного газа в первоначальный момент определяется по соотношению Q0=U·Р0,

где Q0 - эталонный поток пробного газа в начальный момент, м3·Па/с;

U - проводимость капилляра, м3/с.

Скорость откачки вакуумной системы технологической установки много больше проводимости капилляра, поэтому давление пробного газа на выходе из капилляра пренебрежимо мало в сравнении с давлением на входе.

Однако в процессе истечения пробного газа через капилляр давление в емкости подачи изменяется и в зависимости от времени с момента начала подачи пробного газа в технологическую установку τ (открытие клапана 10) эталонный поток определяется по соотношению

где Q - эталонный поток пробного газа, м3·Па/с;

U - проводимость капилляра, м3/с;

V2 - объем емкости подачи, м3;

τ - время с момента поступления эталонного потока пробного газа через капилляр в технологическую установку, с.

Устройство опробовано на практике для получения эталонных потоков пробного газа Не3 (гелия-3). Получены следующие результаты: минимальный калибруемый поток пробного газа 1·10-13 м3·Па/с; точность калибровки потока величиной порядка 10-12 м3·Па/с составляет не более ±20%.

1. Устройство, содержащее по ходу газового потока емкости для хранения и подачи пробного газа, элемент малой проводимости при молекулярном режиме течения пробного газа и подключенные к емкости подачи вакуумный насос, измеритель давления и коммутационную арматуру, отличающееся тем, что оно содержит, подключенную к емкости подачи пробного газа, емкость перепуска известного объема, а элемент малой проводимости, установленный на выходе пробного газа из устройства, выполнен в виде стеклянного капилляра.

2. Способ определения потока пробного газа, характеризующийся тем, что поток пробного газа от устройства определяется по соотношению:

где Q - эталонный поток пробного газа, м3·Па/с;
U - проводимость капилляра, м3/с;
V2 - объем емкости подачи, м3;
τ - время с момента поступления потока пробного газа через капилляр в технологическую установку, с;
P0 - первоначальное давление пробного газа на входе в капилляр, Па, определяется по соотношению:

где P1 - давление в емкости перепуска до сообщения с емкостью подачи, Па;
V1 - объем емкости перепуска, м3;
V2 - объем емкости подачи, м3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на обеспечение максимально возможной точности и без значительных расходов определения воздухонепроницаемости замкнутого пространства.

Изобретение относится к области контроля герметичности оборудования, разгерметизация которого сопровождается появлением водорода в контролируемой среде и может использоваться преимущественно на атомных энергетических установках с реакторами на быстрых нейтронах для контроля нарушения межконтурной плотности парогенераторов натрий-вода.

Изобретение относится к области испытательной и контрольной техники и предназначено для настройки систем течеискания, калибровка которых осуществляется пузырьковым методом и которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности в качестве имитаторов течи, контрольной течи, эталона течи, а также в качестве стандартного образца предприятия.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на повышение точности и достоверности результатов контроля герметичности за счет исключения влияния фона контрольного вещества и газовыделения материалов, входящих в состав изделия и оболочек.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. .

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и направлено на повышение чувствительности, качества и надежности контроля герметичности давлением жидкой среды.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре для газовой промышленности, предназначено для проведения испытаний при разработке и создании клапанов-отсекателей, устанавливаемых в насосно-компрессорные трубы.

Изобретение относится к контролю технического состояния магистрального газопровода и может быть использовано для исследований запорно-регулирующей арматуры газопровода концентрационным способом.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для контроля потери герметичности разделителя бака в вытеснительной системе подачи топлива двигательной установки при эксплуатации в космосе.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на повышение чувствительности контроля герметичности и точности измерения величины негерметичности.
Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для применения в космической отрасли при испытании космических аппаратов (КА), а также может быть использовано в атомной, химической промышленности, в различных отраслях машиностроения

Изобретение относится к области испытательной техники по проверке герметичности полых изделий и направлено на повышение качества их испытаний для повышения надежности при эксплуатации

Изобретение относится к области измерительной техники

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при испытаниях на герметичность систем ракетно-космической техники, содержащих в процессе штатной эксплуатации в ампулизированном состоянии рабочие жидкости, а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются высокие требования к надежности изделий по параметру «герметичность»

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано во многих отраслях промышленности, связанных с использованием газообразных материалов, таких как газ или пар

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам проверки качества герметизации транспортного средства при подготовке его к преодолению водной преграды по дну. Способ проверки качества герметизации заключается в определении мест неплотностей по звуку засасываемого внутрь транспортного средства воздуха, путем создания внутри загерметизированного транспортного средства разрежения. Места неплотностей дополнительно определяют в одной изолированной от внутреннего объема транспортного средства полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Полость соединена воздуховодом с внутренним объемом транспортного средства. Устройство для проверки качества герметизации содержит прибор для контроля разрежения внутри загерметизированного транспортного средства со шлангом отбора воздуха. Шланг соединяет прибор с внутренним объемом транспортного средства. Устройство снабжено системой для создания разрежения в одной изолированной от внутреннего объема полости, предварительно образованной на надгусеничной полке транспортного средства. Система выполнена в виде воздуховодов, соединенных посредством соединительных элементов между собой и с внутренним объемом транспортного средства. Достигается повышение достоверности проверки качества герметизации методом «разрежения» при подготовке транспортного средства к преодолению водных преград по дну. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления. В состав рабочего газа при зарядке баллона пневмоблока вводят гелий в количестве, определяемом его парциальным давлением в баллоне, контроль герметичности пневмоблока осуществляют после зарядки баллона рабочим газом, путем измерения течи гелия масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем, и в эксплуатацию отдают пневмоблоки, течь гелия из которых не превышает допустимой величины. Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации. 2 ил.

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа. Система контроля герметичности включает пневмоблок, содержащий баллон высокого давления, сообщенный с зарядным краном и с магистралью подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством герметизации, источник гелия избыточного давления и источник рабочего газа высокого давления с магистралями подачи гелия и рабочего газа соответственно, выполненными с возможностью сообщения с зарядным краном пневмоблока, накопительную емкость для течи из пневмоблока, выполненную из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения в ней пневмоблока, снабженную окном для его прохода и устройством герметизации окна, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль. Площадь свободной поверхности накопительной емкости после герметизации ее окна превышает площадь наружной поверхности пневмоблока. Система также содержит шприц тарированного объема с иглой для введения воздуха в полость накопительной емкости. Техническим результатом является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области исследований устройств на герметичность и может быть использовано для испытания, например, ракетно-космической техники. Сущность: изделие помещают в испытательную вакуумную камеру. Удаляют из камеры и объема изделия атмосферный воздух. Наносят на внутренние поверхности изделия предварительно подогретый распыленный растворитель, обеспечивая образование на ней ламинарно стекающей пленки. Затем повышают давление подачей в объем изделия сухого газа и производят регистрацию и измерение потока паров растворителя, проникающих в объем испытательной вакуумной камеры. Технический результат: повышение эффективности, чувствительности и надежности обнаружения дефектов изделия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследований устройств на герметичность. Сущность: перед испытаниями определяют реакцию течеискателя (3) на фоновое содержание контрольного вещества в испытательной камере (1) с контролируемым изделием (2). Затем предварительно взвешенный проницаемый корпус (6) с контрольным веществом помещают в испытательную камеру (1) с контролируемым изделием (2) и выдерживают в течение времени накопления. Определяют реакцию течеискателя (3) на накопленное контрольное вещество. Извлекают проницаемый корпус (6) из испытательной камеры (1) и вновь взвешивают. Очищают испытательную камеру (1) до начального фонового содержания контрольного вещества. Заполняют полость изделия (2) контрольным веществом до требуемого давления и выдерживают в течение того же времени накопления. Определяют реакцию течеискателя (3) на контрольное вещество, накопленное в испытательной камере (1). По полученным данным рассчитывают величину негерметичности изделия (2). Технический результат: повышение точности результатов контроля герметичности за счет исключения влияния на результат испытаний адсорбции молекул контрольного вещества на поверхностях изделия и испытательной камеры. 3 ил.
Наверх