СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЕМКОСТИ БОЛЬШОЙ ВМЕСТИМОСТИ
METHOD FOR DETERMINING VOLUME OF LARGE-SIZED TANK

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам определения вместимости емкостей газом.
Способ предназначен для определения объемов емкостей большой вместимости без использования мерной емкости.
Известен способ измерения объемов емкостей газом путем прямого и обратного перепусков (см. а.с. СССР №714156, G01F 17/00, 1980 г.).
Недостатком способа является применение мерных емкостей, сравнимых с объемом измеряемого изделия, что определяет большие площади под установку и другие материальные затраты.
Известен способ измерения объемов емкостей газом путем определения времени истечения его через сопло.
Газодинамический метод регламентирован стандартом ОСТ 92-5136-90 «Емкости герметичные изделий. Типовой технологический процесс контроля объемов газодинамическим методом». Возможности способа лимитированы величиной измеряемых объемов - до 500 л и погрешностью измерения не более ±0,5%.
3
Наиболее близким является способ измерения объемов емкостей газом, который лишен указанных недостатков, т.к. объем измеряемых емкостей может достигать 300 м. Метод регламентирован отраслевым стандартом ОСТ 92-5116-89 «Емкости герметичные изделий. Типовой технологический процесс измерения объемов газовым ампульным методом».
Сущность способа состоит в измерении параметров газа в емкости до и после подачи в нее известной весовой дозы газа и вычислении объема емкости по расчетной зависимости.
Недостатком этого способа является недостаточная точность измерения, вызванная неточностью определения средней температуры газа в емкости в связи с температурным расслоением газа.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности способа определения объема емкости.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения объема емкости большой вместимости путем измерения параметров газа в емкости до и после подачи в нее известного весового количества газа и вычисления объема емкости, согласно изобретению, газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение в процессе повторного измерения параметров газа.
2
Отличительным признаком способа является то, что в способе определения объема емкости газ перед подачей в емкость охлаждается до температуры, исключающей тепловое расслоение газа в процессе повторного измерения его параметров, что позволяет повысить точность измерения средней температуры Т газа по всему измеряемому объему емкости.
Газ при подаче в шар-баллон разогревается на значительную величину, а затем при подаче его по перепускной магистрали из шар-баллона в емкость температура падает, после чего при торможении в емкости изменяется до более высокого значения за счет тепла, получаемого от стенок перепускной магистрали, вызывая температурное расслоение газа и, как следствие, ошибку в измерении температуры, что искажает результаты измерения объема.
1
2
Температура, до которой необходимо охладить газ в шар-баллоне, определяется при технологической отработке способа, критерий достаточности охлаждения является равенство температур газа в емкости до и после подачи весовой дозы, т.е. когда T=T.
Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемый способ имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, что соответствует условию патентоспособности «новизна», а использование их в заявленной совокупности дает возможность получить новый технический эффект: повышение точности способа определения объема.
Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть осуществимо с использованием известных технических средств, и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Способ осуществляется следующим образом.
1
1
2
2
В измеряемую емкость устанавливается датчик температуры. Измеряется давление P газа в емкости и его температура T. В шар-баллоне создается избыточное давление газа. Шар-баллон устанавливается в охлаждающую емкость чиллера-холодильника. Задается температура в чиллере-холодильнике около 258 К для охлаждения шар-баллона, например на - 15°C. Шар-баллон выдерживается в течение времени, определенного в результате технологической отработки, и подключается через перепускную магистраль к измеряемой емкости. Осуществляется подача весовой дозы газа в изделие до давления Р. Измеряется температура газа в изделии Т и взвешивается опорожненный шар-баллон. Весовая доза определяется разницей веса шар-баллона до и после подачи газа в емкость.
При необходимости, если объем шар-баллона намного меньше объема измеряемой емкости, подача газа проводится неоднократно, например дважды.
По известной зависимости (ОСТ 92-5116-89) рассчитывается объем измеряемой емкости:
,
1
где G - вес газа, поступившего в емкость при первой подаче, г;
2
G - вес газа, поступившего в емкость в результате второй подачи, г;
3
R=287,096 - газовая постоянная воздуха, заправляемого в шар-баллон, Па·дм/г·К;
Z - коэффициент сжимаемости воздуха, в соответствии с табл.2 ОСТ 92-5116-89.
1
Т - значение абсолютной температуры в измеряемой емкости до подачи газа, К;
2
Т - значение абсолютной температуры в измеряемой емкости после подачи газа, К;
1
P - значение абсолютного давления в измеряемой емкости до подачи газа, Па;
2
Р - значение абсолютного давления в измеряемой емкости после подачи газа, Па;
д
3
V - величина объемной деформации измеряемой емкости, соответствующая избыточному давлению при подаче газа, дм;
л
3
V - величина объема соединительных линий (перепускной магистрали), дм.
Пример конкретного осуществления способа.
3
Для отработки способа взята емкость вместимостью 25 м, выполненная по требованиям к образцовым мерникам 1-го разряда по материалу и состоянию поверхности, что позволяет установить ее объем с погрешностью менее 0,05% дистиллированной водой.
Температурный датчик термометра А533-01-09 установлен по геометрическому центру емкости на расстоянии 2150 мм от верхнего среза емкости. Заливное и сливное отверстия емкости закрыты заглушками с резиновыми уплотнениями.
Манометр МПА-15 подключен к верхней заглушке. Газ из шар-баллона поступает по трубопроводу в емкость через нижнюю заглушку.
1
1
Σ1
ш1
1
Σ1
ш1
Σ2
2
ш1
2
Σ2
ш2
2
Измеряется давление и температура газа в измеряемой емкости: Р=100 кПа, Т=293 К. Шар-баллон объемом 50 л и весом 19875 г нагружается давлением 25500 кПа, охлаждается в охлаждающей емкости чиллера до температуры 258 К, охлажденный воздух из шар-баллона с воздухом весом G=34937,5 г перепускается в емкость. Шар-баллон взвешивается, его вес - G=19875 г, фиксируется вес поданного в изделие воздуха G=G-G. Шар-баллон повторно нагружается воздухом до давления 25500 кПа и веса G=34937,5 г, повторно охлаждается до температуры 258 К и газ повторно подается в емкость до давления в ней Р=200 кПа, шар-баллон с остатками газа взвешивается G=19875 г, вес поданного повторно газа равен G=G-G. Измеряется температура газа в емкости Т=293 К.
Рассчитывается объем измеряемого изделия
,
где
1
G=15062,5 г;
2
G=15062,5 г;
3
R=287,096 - газовая постоянная воздуха, заправляемого в шар-баллон, Па·дм/г·К;
Z - коэффициент сжимаемости воздуха, в соответствии с табл.2 ОСТ 92-5116-89;
Z=0,99975;
1
Р=100 кПа;
2
Р=200 кПа;
1
T=293 K;
2
T=293 К;
д
3
V=0,25 дм;
л
3
V=0,5 дм.
.
Погрешность измерения объема равна:
.
Учитывая погрешность δ Vв измерения объемов водой 0,05%, получим δV=δVизм+δVв=0,13+0,05=0,18%, что меньше погрешностей измерения объема емкости известными способами.