УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКА ПРОБНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к области испытаний и может быть использована в электронной, атомной промышленности, в машиностроении, где требуется проведение испытаний изделий на герметичность и, в частности, касается вопросов калибровки и поверки контрольных течей, применяемых при этих испытаниях.
Известны устройства, в которых определение потока пробного газа проводится путем измерения за определенный промежуток времени изменения высоты столба жидкости в дифференциальном (U-образном) манометре, например, в устройстве для создания эталонного потока пробного газа, используемое в способе калибровки газовых течей по а.с. 1323888. Недостатком таких устройств, в связи с малыми величинами измеряемых потоков, является необходимость длительного процесса наблюдения за изменением столба жидкости на величину, достаточную для определения потока пробного газа с необходимой точностью.
В наибольшей мере предлагаемому техническому решению соответствует устройство для измерения потока пробного газа от контрольной течи, представленное в отраслевом стандарте (ОСТ 92-2125-87. Контрольные течи. Технические условия). В этом случае поток определяется по измерению объема пузырька пробного газа, накапливаемого в специальной ванночке с дистиллированной водой, за период времени с момента образования пузырька в канале капилляра до момента его отрыва от капилляра. Определение объема пузырька пробного газа осуществляется по измерению его диаметра с помощью отсчетного микроскопа.
Такая схема устройства не позволяет получить высокую точность определения потока пробного газа из-за того, что отсчет диаметра пузырька с микроскопа выполняется оператором, поэтому оценка результата измерения является субъективной, т.е. зависящей от конкретного оператора.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности определения потока пробного газа от контрольной течи, обеспечение объективности результатов измерения.
Для достижения этой задачи устройство для измерения потока пробного газа контрольной течи содержащее ванночку с дистиллированной водой, осветительный прибор, отсчетный микроскоп, дополнительно содержит, электронное устройство, к которому подключены таймер, датчик абсолютного давления, фоточувствительное устройство, компьютер, и которое через определенные промежутки времени выдает сигнал на проведение фотосъемки пузырька пробного газа, измерение атмосферного давления в момент фотосъемки и передачу информации в компьютер, после чего производится обработка фотоснимков по определению диаметра пузырька вручную или с помощью программного обеспечения и определение потока пробного газа от контрольной течи по соотношению:
3
где Q - поток пробного газа от контрольной течи, м·Па/с;
n - количество фотоснимков пузырька пробного газа;
i
i
3
Q - поток пробного газа в момент времени τ, определяемый по соотношению (м·Па/с):
где i=2…n
атмi
Р - атмосферное давление в момент фотосъемки i-го диаметра пузырька, Па
i
τ - время отсчета в момент фотосъемки i-го диаметра пузырька, с
i
i
d - диаметр пузырька в момент времени τ, м
Возможно техническое решение, где в устройстве для измерения потока пробного газа контрольной течи в ванночке с дистиллированной водой на уровне капилляра контрольной течи, где образуется пузырек пробного газа, дополнительно установлена эталонная мера для получения ее изображения на снимке и настройки шкалы микроскопа.
Также возможно техническое решение, где в устройстве для измерения потока пробного газа контрольной течи на дне ванночки с дистиллированной водой установлена подложка из контрастного непромокаемого материала для получения контрастного изображения пузырька на фотоснимке.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2, 3, 4 - изображения пузырька пробного газа в процессе измерения.
Устройство содержит цифровую камеру 1 или прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрица), прикрепленную к микроскопу 2, осветитель 3 над специальной ванночкой 4 с дистиллированной водой, в которой образуется пузырек 5 пробного газа. Капилляр 6 установлен в контрольной течи 7. В ванночке 4 расположена подложка 8 из контрастного материала и эталонная мера 9. Датчик абсолютного давления 10 сообщен с компьютером 11 через электронное устройство 12, с которым связан таймер 13.
Специальная ванночка 4 предназначена для закрепления ее на контрольной течи 7 и заполнения ее дистиллированной водой, чтобы при истечении пробного газа через капилляр 6 в воде образовывался и накапливался газовый пузырек 5.
Микроскоп 2 предназначен для увеличения изображения пузырька 5 и оценке его размера, если на его окуляре имеется отсчетная шкала. Цифровая камера 1 предназначена для фотосъемки изображения пузырька 5 в определенный момент времени. Может быть использован электронный микроскоп, снабженный цифровой камерой или ПЗС-матрицей, который сообщается с компьютером 11 и может производить фотосъемку, сохранять изображение в памяти компьютера 11.
Электронное устройство 12 предназначено для выдачи сигналов и съема информации: на проведение фотосъемки пузырька, на измерение атмосферного давления в момент фотосъемки и регистрации времени, передачу данных по времени и изменению давления в компьютер 11, к которому через USB, LPT-порт или RS-232/485 могут быть подсоединены микроскоп 2, цифровая камера 1, датчик для измерения давления 10 и таймер 13.
Эталонная мера 9 предназначена для того, чтобы при получении ее изображения на снимке при дальнейшей обработке изображения при определении диаметра пузырька 5 можно будет оценить его значение, сравнивая с размером эталона или внести корректировку, связанную с искажением истинных размеров пузырька и эталонной меры 9 в воде. Также она может быть использована для настройки шкалы микроскопа 2.
Подложка из контрастного материала 8 предназначена для получения контрастного изображения пузырька 5 на фотоснимке для более точной обработки изображения.
Работа устройства для измерения потока пробного газа контрольной течи осуществляется следующим образом.
На капилляр 6 контрольной течи 7 устанавливается специальная ванночка 4 и заполняется дистиллированной водой, после чего в воде образуется и начинает увеличиваться пузырек пробного газа 5. Оператор настраивает фокусирующуюся систему микроскопа 2 на резкое изображение пузырька 5 пробного газа, устанавливает цифровую камеру 1 или устройство с ПЗС-матрицей на окуляр микроскопа (возможен вариант, когда электронный микроскоп имеет в своем составе цифровую камеру или ПЗС-матрицу, сообщенную с компьютером 11 и изображение отражается на мониторе). Оператор включает электронное устройство 12, с которого подается сигнал на фотосъемку пузырька 5 с целью получения его первого изображения и на измерение атмосферного давления. Через определенный промежуток времени, заданный автоматически таймером 13 или вручную оператором (в этом случае таймер 13 отмечает промежуток времени и посылает значение промежутка времени между фотосъемкой в компьютер 11 для дальнейшей обработки при получении результата), электронное устройство одновременно посылает сигнал на цифровую камеру 1 для фотосъемки второго изображения пузырька 5 пробного газа и на датчик давления 10 для измерения атмосферного давления. Затем через определенный промежуток времени производится фотосъемка третьего изображения пузырька и так далее (фиг.2, 3, 4) до момента его отрыва от капилляра 6. После чего полученная информация обрабатывается в компьютере 11. Изображение пузырька на фотоснимке может обрабатываться, с целью определения его диаметра, как вручную, так и с помощью специального программного обеспечения на компьютере. После получения значения диаметра пузырька 5 обработка результатов для определения потока пробного газа может производится на компьютере по следующим формулам:
3
где Q - поток пробного газа от контрольной течи, м·Па/с;
n - количество фотоснимков пузырька пробного газа;
i
i
3
Q - поток пробного газа в момент времени τ, определяемый по соотношению (м·Па/с):
где i=2…n
атмi
Р - атмосферное давление в момент фотосъемки i-го диаметра пузырька, Па
i
τ - время отсчета в момент фотосъемки i-го диаметра пузырька, с
i
i
d - диаметр пузырька в момент времени τ, м
Во втором варианте в специальной ванночке 4 с дистиллированной водой на уровне капилляра 6 контрольной течи, где образуется пузырек 5 пробного газа, устанавливается эталонная мера 9 для настройки микроскопа 2 с целью получения более точной настройки или получения дополнительного эталонного размера при обработке изображения пузырька. Кроме того, вода в ванночке 4 может искажать истинный диаметр пузырька 5, поэтому настройка микроскопа 2 или цифровой камеры по эталонной мере, также расположенной в воде исключит ошибку при обработке результатов, связанную с искажением размеров в воде.
В третьем варианте на дно специальной ванночки 4 с дистиллированной водой устанавливается подложка 8 из контрастного непромокаемого материала с целью, чтобы изображение пузырька 5 на фотоснимке было контрастным для более точной обработки изображения при определении диаметра пузырька.
На практике апробирована фотосъемка пузырька пробного газа с применением цифрового микроскопа, обработкой изображений пузырька вручную и определением потока пробного газа в процессе калибровки контрольной течи. Точность определения потока составила не более ±10% (объемный метод измерения потока согласно отраслевого стандарта регламентирует погрешность определения потока до ±10%).