УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В РЕЗЕРВУАРЕ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения давления сжиженного газа с повышенной точностью в ситуации частых его перепадов.
Прототипом полезной модели является датчик давления, содержащий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой сформированы тензорезисторы, соединенные в два моста, выполненные с различной топологией из одного и того же материала и соединенные встречно, причем, один из мостов выполнен на утолщенной периферийной части мембраны и является компенсационным - RU 2342642 C1, G01L 9/08,2006.
Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения, обусловленная значительной инерционностью показаний (временем аккомодации) при смене измеряемого давления. Так, в среднем, выход на уровень 98% от измеряемого значения происходит за 100 мсек, а на уровень, требуемый ГОСТ Р 8.595-2004, то есть, 99,5%, за 45 минут.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - повышение точности измерения за счет уменьшения инерционности показаний (времени аккомодации) при смене измеряемого давления.
Эта задача решена в устройстве измерения гидростатического давления в резервуаре, содержащем тензометрический измеритель гидростатического давления в корпусе с основным входом, соединенным через барботажную трубку, погруженную до дна резервуара, с выходом дополнительно введенного компрессора, корпус измерителя выполнен с дополнительным входом, соединенным через трубку подачи давления из надповерхностной части резервуара со входом компрессора, а на корпусе указанного измерителя размещен звуковой преобразователь, соединенный со звуковым генератором.
В частном случае выполнения в устройстве в качестве звукового преобразователя используется пьезокерамический звуковой преобразователь.
На фиг. 1 приведена общая схема устройства, на фиг. 2 - экспериментальные усредненные графики зависимости времени аккомодации датчика давления от мощности наложенных звуковых колебаний.
Устройство измерения гидростатического давления содержит тензометрический измеритель 1 гидростатического давления в корпусе 2 с основным входом 3, соединенным через барботажную трубку 4, погруженную до дна резервуара 5 с жидким продуктом 6, с выходом компрессора 7. Дополнительный вход 8 корпуса 2 измерителя 1 соединен через трубку 9 подачи давления из надповерхностной части резервуара 5 со входом компрессора 7.
На корпусе 2 тензометрического измерителя 1 размещен звуковой преобразователь 10, например, пьезокерамический, соединенный со звуковым генератором 11. Устройство работает следующим образом.
Герметичный резервуар 5 заполнен сжиженным газом. При включении компрессора 7 в барботажную трубку 4 подается газовая фракция из надповерхностной части резервуара 5, извлекаемая посредством трубки 9. В результате на выходе барботажной трубки 4, в придонной области резервуара 5, появляются пузырьки, свидетельствующие о равенстве давления в барботажной трубке 4 сумме гидростатического давления сжиженного продукта в придонной области резервуара 5 и давления газовой фракции в его надповерхностной части, то есть, в трубке 9. Это установившееся в трубке 4 давление воздействует на тензометрический измеритель 1 гидростатического давления через его основной вход 3 корпуса 2. Одновременно измеритель 1 гидростатического давления регистрирует надповерхностное давление газовой фракции, установившееся в трубке 9 за счет дополнительного входа 8 корпуса 2. В результате частичной взаимокомпенсации этих давлений итоговое значение, фиксируемое измерителем 1 гидростатического давления, оказывается равным гидростатическому давлению в придонной области резервуара 5.
В случае слива (налива) части жидкого продукта 6 в резервуар 5, гидростатическое давление из-за изменения уровня налива меняется. Однако показания, фиксируемые измерителем 1 гидростатического давления, имеют значительную инерционность порядка десятков минут, связанную со временем необходимой аккомодации (фиг. 2). Для снижения инерционности при изменении измеряемого давления на величину, равную удвоенной погрешности измерения, на звуковой преобразователь 10 подается сигнал со звукового генератора 11 и тензометрический измеритель 1 гидростатического давления подвергается механическим колебаниям в звуковом спектре частот. Это воздействие приводит к
снижению времени аккомодации измерителя 1 до единиц минут за счет ускоренной релаксации его внутренних напряжений.
Подтверждение заявляемого эффекта следует из результатов эксперимента, проводившегося на лабораторной установке. Результаты эксперимента отражены усредненными графиками А, Б, В зависимости времени аккомодации Т от мощности Р наложенных звуковых колебаний, показанными на фиг. 2.
В ходе эксперимента компрессор 7 создавал давление, равное хР, которое посредством соединительной трубки 9 передавалось на тензометрический измеритель 1 давления, где измерялось, а результат для фиксации и анализа передавался на компьютер (не показан). После часовой выдержки этого давления, требующейся по условиям эксплуатации, давление хР было снижено до Pi, а данные, полученные с тензометрического измерителя 1 в течение часа, зафиксированы на компьютере, после чего были сведены в график А.
Затем с помощью компрессора 7 опять было создано давление хР, и цикл осуществлен еще два раза с той разницей, что на звуковой преобразователь 10 подавался сигнал со звукового генератора 11 и тензометрический измеритель 1 подвергался механическим колебаниям в звуковом спектре частот. Мощность сигнала, подаваемого на звуковой преобразователь 10 со звукового генератора 11, составляла 0,03 Вт и 0,05 Вт, а результаты были сведены в графики Б и В, соответственно. При дальнейшем увеличении мощности сигнала, подаваемого на звуковой преобразователь 10 со звукового генератора 11, происходил его значительный нагрев с последующим выходом из строя тензометрического измерителя 1 давления.
Анализ полученных графиков А, Б, В показывает, что механические колебания тензометрического измерителя 1 давления приводят к существенному сокращению времени его аккомодации. Так, при отсутствии таких колебаний выход на уровень (Pi+2%) происходит за 100 мс, а на уровень, требуемый ГОСТ Р 8.595-2004, то есть, (Pi+0,5%), происходит за 45 минут. В случае наложения колебаний это время для мощности 0,03 Вт составило 70 мс и 25 мин, а для 0,05 Вт - 40 мс и 5 мин. Таким образом, доказана практическая ценность и реализуемость предлагаемого устройства, имеющего своей целью значительное снижение инерционности измерений с порядка десятков минут до единиц.