Установка измерения объема

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для измерения объема емкостей газовым методом. Установка предназначена для определения объема емкости или полости изделия газом методом прямого и обратного перепуска.
В отраслевом стандарте (ОСТ 92-1039-87 «Изделия отрасли. Типовые технологические процессы измерения объемов емкостей газами») при измерении объема полости изделия газом методом прямого и обратного перепуска в формуле для определения объема измеряемой полости (емкости), кроме объема мерных емкостей, учитываются объемы подсоединяющихся трубопроводов и магистралей измерительной системы.
ИЗД
3
Объем емкости изделия V, м, после выполнения ряда операций и измерений в отраслевом стандарте рассчитывается по формуле:
М
K
3
где V - объем мерной емкости (включая участки магистрали установки V), м;
1
P - давление в мерной емкости перед прямым перепуском, кПа;
2
Р - давление в емкости изделия перед прямым перепуском, кПа;
Σ
Р - давление в системе после прямого перепуска, кПа;
- давление в емкости изделия перед обратным перепуском, кПа;
- давление в мерной емкости перед обратным перепуском, кПа;
- давление в системе после обратного перепуска, кПа;
K1
3
V - объем магистрали, присоединенной к емкости изделия, м.
Согласно отраслевому стандарту объем внутренних полостей соединительных трубопроводов необходимо определять раздельно. Значения данных объемов могут быть определены так же, как и для мерных емкостей заливом водой, гравиметрическим методом или другим способом. Однако, в отличие от мерных емкостей, выполненных по конструкции в виде эталонных мерников 1-го разряда (ГОСТ Р 8.682-2009. Мерники металлические эталонные. Методика поверки), трубопроводы, клапаны и сам измерительный датчик имеет сложные полости, поэтому их приходится разбирать подетально для залива водой с целью измерения объема, что вносит дополнительную погрешность при подетальном определении объема. При повторной сборке стыковых соединений (резьбовых или фланцевых) от различной деформации уплотнительных элементов может измениться внутренний объем полости измерительной системы. Также после сборки установки необходимо вновь проверять ее герметичность, что занимает дополнительное время. Кроме того, необходимо данный объем магистралей и измерительной системы периодически подтверждать при проведении аттестации, т.е. опять разбирать установку и измерять их объем.
Известна полезная модель (ПМ РФ №131155, G01F 17/00), где для повышения точности измерения объема полости изделия, мерные емкости устанавливаются горизонтально. При этом отмечено, что геометрические формы и материал мерных емкостей соответствуют мерникам первого разряда, что позволяет измерять их объем по известной технологии дистиллированной водой с высокой точностью. Измерительная система, состоящая из присоединительных магистралей установки, внутренних полостей клапанов и датчиков давления имеет определенный объем, который учитывается в формуле для расчета измеряемого объема. Однако в полезной модели отмечено, что внутренний объем трубопроводов и запорной арматуры измеряется с гораздо большей погрешностью. Поэтому даже при уменьшении внутреннего объема трубопроводов за счет горизонтального расположения мерных емкостей необходимо измерение внутреннего объема трубопроводов, полостей запорной арматуры и датчика давления измерительной системы установки. Кроме того, емкости при горизонтальном расположении, как видно из схемы, также сообщены между собой трубопроводами и запорной арматурой, объем которой необходимо учитывать и, следовательно, измерять.
Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель является повышение точности измерения объема измеряемой емкости газовым методом за счет повышения точности измерения объема измерительной системы.
Техническая проблема решается в установке измерения объема газом, включающей мерные емкости, сообщенные с измерительной системой, состоящей из датчика давления, клапанов, соединительных трубопроводов и трубопровода для подключения к измеряемой емкости, согласно полезной модели каждая мерная емкость снабжена собственным клапаном, а к измерительной системе присоединена дополнительная мерная емкость с объемом, соответствующим объему измерительной системы установки.
Отличительным признаком предлагаемого технического решения является то, что установка оснащается дополнительной мерной (калиброванной) емкостью с объемом, соответствующим объему измерительной системы установки, и проводится определение объема измерительной системы газом методом прямого и обратного перепуска с применением датчика давления, входящего в состав самой измерительной системы.
Кроме того, каждая мерная емкость снабжена клапаном, для соединения ее с измерительной системой. Объем каждой мерной емкости с клапаном измеряется с повышенной точностью до сборки установки, а внутренний объем измерительной системы с трубопроводами измеряется газовым методом в составе уже собранной установки.
Сравнение заявляемого технического решения - установка для определения объема - с уровнем техники по научно-технической литературе и патентным источникам показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна. Следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «новизна».
Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «промышленная применимость».
Предлагаемое решение иллюстрируется чертежом, где изображена схема предлагаемой установки.
Каждая мерная емкость 1 имеет клапан 2, объем мерной емкости измеряется заливкой дистиллированной водой или любым другим методом вместе с закрытым клапаном 2.
После измерения объема мерных емкостей 1 водой или другим каким-либо методом мерные емкости 1 присоединяются к установке. К установке присоединяется, как показано на чертеже, дополнительная мерная емкость 3, объем которой измерен с повышенной точностью и соответствует объему измерительной системы установки. На соединительный элемент (фланец, штуцер) 4 трубопровода 5, к которому присоединяется полость измеряемого изделия, устанавливается заглушка 6.
K
Выполняется определение газом методом прямого и обратного перепуска объема V трубопроводов 7, 8, 9 и полости клапана 10 измерительной системы, сообщенных с мерными емкостями 1, следующим образом.
На мерных емкостях 1 закрываются клапаны 2. Измерения проводятся при закрытых клапанах 11, 12, 13, 14, 15.
В дополнительной мерной емкости 3 создается подачей от пневмопульта 16 давление газа, которое измеряется с помощью датчика давления 17 при открытых клапанах 18 и 10. Далее клапан 18 закрывается.
ΣП
Внутренние полости трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17 измерительной системы вакуумируются с помощью вакуумного насоса 19 до остаточного давления, которое измеряется с помощью вакуумметра 20 и принимается равным нулю. Осуществляется перепуск газа из дополнительной мерной емкости 3 через клапан 18 в измерительную систему, сообщенную с мерными емкостями (полости трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17), измеряется установившееся давление P датчиком 17.
ΣО
Далее осуществляется обратный перепуск, для чего из дополнительной мерной емкости 3 откачивается воздух до остаточного давления, которое принимается равным нулю, а во внутренние полости трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17 измерительной системы установки подается давление газа. После обратного перепуска измеряется установившееся давление P датчиком 17 в системе: дополнительная мерная емкость - полости трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17 измерительной системы.
K
Рассчитывается объем V измерительной системы по формуле:
K
3
где V - объем полостей трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17, м;
МД
3
V - объем дополнительной мерной емкости, м;
1Д
Р - давление в дополнительной мерной емкости перед прямым перепуском, кПа;
ΣП
P - давление в измерительной системе после прямого перепуска, кПа.
1T
P - давление в полостях трубопроводов 7, 8, 9, клапана 10 и датчика 17 перед обратным перепуском, кПа;
ΣО
P - давление в измерительной системе после обратного перепуска, кПа.
K1
Далее выполняется определение газом методом прямого и обратного перепуска объема V, т.е. объемов полостей трубопроводов 5, 21, 9, клапан 15 и датчика 17 измерительной системы, которые при определении объема емкости изделия сообщаются с измеряемой емкостью, таким же образом, только перепуск в полости трубопроводов измерительной системы осуществляется через клапан 14. Измерения проводятся при закрытых клапанах 10, 11, 18, 22, 23.
В дополнительной мерной емкости 3 создается подачей от пневмопульта 16 давление газа, которое измеряется с помощью датчика давления 17 при открытых клапанах 14 и 15. Далее клапан 14 закрывается.
Внутренние полости трубопроводов 5, 21, 9, клапана 15 и датчика 17 измерительной системы вакуумируются с помощью вакуумного насоса 19 до остаточного давления, которое измеряется с помощью вакуумметра 20 и принимается равным нулю. Осуществляется прямой перепуск газа из дополнительной мерной емкости 3 через клапан 14 в полости трубопроводов 5, 21, 9, клапана 15 и датчика 17 измерительной системы, измеряется установившееся давление датчиком 17.
K1
1Т
3
Далее выполняется обратный перепуск, для чего из дополнительной мерной емкости 3 откачивается воздух до остаточного давления, которое принимается равным нулю, а во внутренние полости трубопроводов 5, 21, 9, клапана 15 и датчика 17 измерительной системы установки подается давление газа. После обратного перепуска измеряется установившееся давление в системе: дополнительная мерная емкость - полости трубопроводов 5, 21, 9, клапана 15 и датчика 17. Рассчитывается объем V, м, измерительной системы при прямом и обратном перепуске по формуле (2), где Р - давление в полостях трубопроводов 5, 21, 9, клапана 15 и датчика 17 перед обратным перепуском, кПа.
K
K1
Для оценки погрешности определения объемов V и V измерительной системы процесс прямого и обратного перепуска может быть выполнен несколько раз с обработкой полученных значений.
K
K1
При определении объема емкости изделия газом методом прямого и обратного перепуска в известную формулу (1) подставляются определенные таким образом значения объемов V и V измерительной системы.
Кроме того, при необходимости данную дополнительную мерную емкость можно использовать в качестве мерной емкости для определения объема полостей изделий, объем которых соответствует объему дополнительной мерной емкости в диапазоне согласно ОСТ 92-1039-82:
МД
3
где V - объем дополнительной мерной емкости, м;
ИЗД
3
V - объем измеряемой емкости или полости изделия, м.
Данная установка с определением объема измерительной системы с помощью дополнительной мерной емкости была опробована на практике при изготовлении автоматизированной установки измерения объемов газом методом прямого и обратного перепуска.