Устройство контроля герметичности объема

Техническое решение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании промышленных и бытовых приборов для контроля изменений давления в замкнутых объемах.
Для измерений перепадов давления используют приборы, называемые дифференциальными манометрами. Данные манометры имеют различное устройство, например, существуют жидкостные и механические дифманометры.
Жидкостные дифференциальные манометры в общем случае представляют собой U-образную трубку, заполненную рабочей жидкостью, один из концов которой сообщается с атмосферой, а в другой подают измеряемое давление (см., например, http://www.ngpedia.ru/id622lp1.html).
К достоинствам жидкостных дифманометров относятся высокая точность и надежность, простота конструкции и хорошая ремонтопригодность.
Однако они инерционны и имеют недостаточную степень успокоения, показателем чего является колебательное (хотя и затухающее) движение столба жидкости в приборе при внезапном изменении перепада давления.
Известен жидкостный барометр в виде «трубки Торричелли», то есть наполненной рабочей жидкостью U-образной трубки, на которую нанесена измерительная шкала, один конец трубки сообщается с измеряемой средой (в общем случае с атмосферой), а другой герметично закрыт. При этом в объеме между рабочей жидкостью и герметично закрытым концом трубки разрежение, близкое к вакууму.
Известный барометр позволяет измерять давление воздуха либо (при условии соединения открытого конца трубки) давление в требуемом объеме, однако с его помощью проблематично производить измерение разности давлений, особенно за короткий период времени в случае, когда это необходимо.
Наиболее близким по конструкции и принципу действия к заявляемому техническому решению является барометр (см. патент RU 2139507, МПК G01L 7/18, G01L 7/20, опубликован 10.10.1999 г.), содержащий герметичный резервуар переменного объема с размещенным в нем компенсатором температурных погрешностей и газом, выполненный с возможностью соединения/разъединения с атмосферой, и присоединенную одним концом к резервуару капиллярную трубку с масляным индикатором и шкалой давления, при этом другой конец капиллярной трубки соединен с атмосферой.
Барометр работает следующим образом.
Предварительно устанавливают необходимый объем рабочей полости резервуара, при котором обеспечивается компенсация температурных погрешностей. Делается это, как правило, один раз при установке прибора. После установки рабочего объема устанавливают масляный индикатор в рабочее положение.
Необходимо отметить, что при всем этом шкала барометра должна быть отградуирована с использованием эталонного либо другого прибора. В процессе измерения атмосферного давления воздушная среда через открытый конец капиллярной трубки действует на масляный индикатор и перемещает его в канале капиллярной трубки до тех пор, пока давление газовой среды в рабочей полости резервуара не будет соответствовать истинному значению атмосферного давления, отсчитываемому по шкале. При этом компенсатор температурных погрешностей корректирует объем резервуара в зависимости от действующей температуры.
Известный барометр прост, надежен и обеспечивает достаточно высокую точность измерения.
Однако с его помощью невозможно измерение перепада давления в измеряемой среде в течение короткого (порядка нескольких десятых частей секунды) промежутка времени, что является существенным, поскольку чем дольше время проверки, тем больше вероятность влияния внешних факторов (процесс перестает быть изотермическим).
Задачей заявляемой полезной модели является создание жидкостного манометра, обеспечивающего скорость измерений перепада давления в замкнутом объеме не более 0,5 с.
Техническим результатом полезной модели является возможность высокоскоростного определения перепада давления в замкнутом объеме.
Технический результат достигается тем, что в устройстве контроля герметичности объема, содержащем герметичный резервуар с возможностью его соединения с атмосферой, введенную одним концом в резервуар вертикально ориентированную заполненную рабочей жидкостью трубку, соединяемую другим концом с измеряемым объемом, в трубку на разной высоте вставлены два электрических контакта, рабочая жидкость является электропроводящей, ее объем составляет не менее чем объем внутри трубки между электрическими контактами, а конец трубки, введенный в резервуар, находится на таком расстоянии от его дна, чтобы часть рабочей жидкости постоянно находилась в трубке.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором представлена схема работы устройства (в разрезе).
Устройство контроля герметичности объема состоит из резервуара 1, соединяемого с атмосферой через отверстие 2 с запорным устройством 3, трубки 4 с нижним и верхним концами 5 и 6, соответственно вставленными в нее верхним и нижним электрическими контактами 7 и 8 соответственно, и размещенной в ней электропроводящей рабочей жидкости 9. Помимо этого на чертеже представлен контролируемый объем 10, компрессор 11 с клапаном 12 и устройство 13 управления.
Устройство работает следующим образом.
Изначально резервуар 1 кратковременно соединяют с атмосферой через отверстие 2, открыв запорное устройство 3, создавая в нем атмосферное давление, после чего запорное устройство 3 перекрывают. Электрические контакты 7 и 8 подключают к источнику напряжения устройства 13 управления. Верхний конец 6 трубки 4 соединяют с контролируемым объемом 10 через компрессор 11, после чего при помощи устройства 13 управления открывают клапан 12 и начинают откачивать воздух (создавать разрежение) одновременно из объема 10 и объема трубки 4, расположенного над рабочей жидкостью 9. При этом уровень рабочей жидкости 9 в трубке 4 поднимается в направлении верхнего конца 6, постепенно заполняя объем между электрическими контактами 7 и 8. Достигнув верхнего контакта 7, жидкость 9, являясь электропроводящей, замыкает контакты 7 и 8 между собой в электрическую цепь, за счет этого устройство 13 управления перекрывает клапан 12, отсекая систему от компрессора 11. В случае негерметичности контролируемого объема 10 в него из внешней среды начинает «подсасываться» воздух, давление в системе повышается, и уровень жидкости 9 в трубке 4 падает, размыкая контакты 7 и 8. Сигнал о размыкании контактов 7 и 8 фиксируется устройством 13 управления (либо каким-либо другим устройством), указывая на то, что контролируемый объем негерметичен (имеет трещины или отверстия в стенках). В случае герметичности объема 10 изменения давления в системе после отключения ее от компрессора 11 не происходит и контакты 7 и 8 остаются замкнутыми.
Следует отметить, что наличие в резервуаре 1 изначально атмосферного давления обеспечивает одновременно отсутствие инерционности и высокую степень успокоения (полное отсутствие колебаний столба жидкости 9), присущие обычным жидкостным дифманометрам, поскольку с увеличением объема резервуара 1 (за счет перемещения жидкости 9 в трубке 4) в нем также создается разряжение (аналогичное разряжению в системе), обеспечивающее равновесное состояние столба жидкости 9 в каждый момент времени.
Нахождение нижнего конца 5 трубки 4 на определенном расстоянии от дна резервуара 1 необходимо для того, чтобы объем воздуха в резервуаре 1 всегда был отсечен жидкостью 9 от верхнего конца 6 трубки 4, а общее количество жидкости 9 в устройстве должно быть достаточным, чтобы обеспечить замыкание контактов 7 и 8.
Применение заявляемого устройства особенно перспективно в случаях, когда необходимо массово (поточно) проверять герметичность, например, тары для различных жидкостей, поскольку время контрольного измерения с его помощью не превышает 0,2 с, а одновременно возможен контроль нескольких тарных изделий.
Кроме того, следует заметить, что использование в способе контроля разряжения вместо избыточного давления является более привлекательным, а в некоторых случаях (например, когда к таре предъявляются высокие требования по стерильности) единственно возможным.
Заявляемое устройство является простым по конструкции, надежно в эксплуатации и обеспечивает высокоскоростной контроль герметичности любых закрытых объемов.