СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR CREATION OF PRESSURE DIFFERENCE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

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.
2
1
1
2
Решение этой задачи достигается тем, что в известном способе создания перепада давления ΔP путем заполнения дозирующей V емкости до заданного давления и последующего объединения ее с измерительной V емкостью, измерительную емкость объединяют с обеими полостями средства измерения перепада давления, производят заполнение измерительной емкости и испытываемого средства измерения до исходного давления P, отсекают одну из полостей средства измерения давления от измерительной емкости, однократно заполняют дозирующую емкость до давления Р, 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.
3
4
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 10-10 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.
1
2
Устройство для осуществления заявляемого способа содержит измерительную V и дозирующую V 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.
1
2
Принципиальная схема устройства приведена на фиг.1. На фиг.1 показаны измерительная V емкость 1, дозирующая V 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.
1
1
2
2
Путем напуска и откачки рабочей газовой смеси через клапаны 10, 11, при открытых клапанах 5, 6, 7, 9, в измерительной емкости V устанавливают исходное начальное давление P, закрывают клапаны 7, 9, открывают клапан 8 и в дозирующей емкости V устанавливают давление Р. 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:
1
где V - вместимость измерительной емкости;
2
V - вместимость дозирующей емкости;
1
P - исходное давление в измерительной емкости;
2
P - 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.