Еталонна дзвонова дискретно-динамічна установка для точного відтворення та вимірювання об’єму і об’ємної витрати газу

Реферат: Даний винахід стосується галузі вимірювальної техніки і може бути використаний для калібрування, повірки та дослідження робочих еталонів засобів вимірювальної техніки, витратомірів та лічильників газу, а також для точного відтворення і вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу. Заявлена еталонна дзвонова дискретно-динамічна установка для точного відтворення та вимірювання об'єму і об'ємної витрати газу складається з дзвонового мірника, нижньою частиною зануреного у резервуар з рідиною, витискувача, пристрою вимірювання лінійного переміщення дзвонового мірника, запірних клапанів з автоматизованим керуванням, каліброваної противаги та системи трубопроводів. Противага виконана у формі каліброваного вертикального циліндра, зануреного в компенсаційний резервуар, що гідравлічно сполучений з основним резервуаром, та механічно за допомогою гнучкого зв'язку зв'язана з дзвоновим мірником. Винахід полягає у підвищенні точності відтворення і вимірювання контрольних об'ємів газу з високим ступенем повторюваності. UA 113648 C2 (12) UA 113648 C2 UA 113648 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний для калібрування, повірки та дослідження робочих еталонів засобів вимірювальної техніки, витратомірів та лічильників газу, а також для точного відтворення і вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу. Відома установка дзвонового типу [Бродін І.С. Державний спеціальний еталон одиниці об'єму та об'ємної витрати газу / І.С.Бродін, І.С. Петришин, А.Г. Бестелесний, П.І.Дикий // Український метрологічний журнал. - 1997. -№3. - С.31-34] що складається з дзвону, зануреного в кільцевий резервуар з витіснювачем, заповнений затворною рідиною; системи компенсації ваги дзвонового мірника внаслідок його занурення в рідину витискувача відлікового пристрою, що фіксує вертикальне переміщення дзвону, та системи подавальних трубопроводів, оснащених клапанами та задавачем витрати. Недоліком такої установки є те, що при опусканні дзвону останній занурюється в затворну рідину витискувача, викликаючи при цьому підняття її рівня, що зумовлює витіснення додаткового об'єму газу з піддзвонового простору і зумовлює виникнення додаткової похибки при вимірюванні об'єму газу. Відома дзвонова установка задання об'єму газу ВДДУ-0,028 [Пістун Є.П. Дослідження впливу зміни рівня замкової рідини в дзвонових установках задання об'єму газу на їх точність / Пістун Є.П., Бродін Ю.І. // Методи та прилади контролю якості. - 2001. - №7. -СІ 25-127], в конструкції витискувача якої відсутній внутрішній циліндр, за рахунок чого було збільшено об'єм затворної рідини, і як наслідок, зменшено похибку, викликану підняттям її рівня внаслідок занурення дзвона, так як згідно з рівнянням (5), отриманого в цій S роботі, зміна рівня рідини S ДЗ пропорційна відношенню SГЗ  S ДЗ та величині занурення дзвона, де -SДЗ - площа перерізу кільця дзвона, SДЗ - площа перетину гідрозамка. Недоліком такого конструктивного рішення є те, що воно може бути використане лише для мінімізації похибки, викликаної підняттям рівня затворної рідини, але не вирішує проблеми повної або часткової її компенсації. Також відома дзвонова установка для градуювання та перевірки витратомірів і лічильників газу [Деклараційний патент України на винахід, UA, № 42275 A, G01F 25/00], в якій застосований пристрій стабілізації тиску, що виконаний у вигляді профільної компенсаційної посудини, яка через гнучку стрічку під'єднана до дзвона та гідравлічно з'єднана з резервуаром. За рахунок зміни висоти посудини при переміщенні дзвона рівень рідини в ній змінюватиметься пропорційно дії виштовхувальної (Архімедової) сили на одиницю переміщення дзвона за рахунок її перетікання в основний резервуар, чим забезпечується компенсація ваги дзвона. Основним недоліком запропонованої конструкції є зростання рівня затворної рідини в резервуарі внаслідок її перетікання з компенсаційної посудини, що в свою чергу неминуче призведе до виникнення додаткової похибки при відтворюванні об'єму газу. В основі винаходу лежить задача створення пристрою забезпечення постійного рівня затворної рідини в баку витискувача незалежно від глибини занурення дзвона та динамічного режиму роботи установки, що дозволить досягти підвищення точності відтворення і вимірювання контрольних об'ємів газу з високим ступенем повторюваності. Поставлена задача вирішується тим, що витискувач конструктивно складається з двох резервуарів - основного і компенсаційного, які гідравлічно з'єднані між собою і утворюють сполучені посудини. В свою чергу противага виконана у вигляді каліброваного циліндра, об'єм якого в кожному умовному перерізі рівний об'єму перерізу кільця дзвона. Циліндр противаги нижнім кінцем занурений в компенсаційний резервуар та через шківи за допомогою гнучкого механічного зв'язку з'єднаний з дзвоновим мірником, що забезпечує опускання противаги при підійманні дзвона та її підіймання при русі дзвона донизу. Довжина механічного зв'язку вибрана таким чином, щоби в момент, коли дзвін знаходиться в крайньому нижньому положенні, противага була занурена нижнім кінцем в затворну рідину. Таким чином забезпечується постійність величини об'єму (сума об'ємів дзвонового мірника та каліброваної противаги), що в будь-який момент занурені в затворну рідину. Конкретна площа будь-якого умовного перерізу противаги відповідає площі перерізу дзвонового мірника. Практично це досягається за рахунок наперед заданого профілю каліброваного циліндра, що визначається експериментально, виходячи з результатів вимірювання товщини стінки дзвона та його діаметра в конкретному умовному перерізі. Додатково для мінімізації гідродинамічного опору при зануренні нижній кінець циліндра виконаний в формі конуса. 1 UA 113648 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Суть винаходу пояснюється кресленням Фіг.1, на якому схематично зображено принципову схему дзвонової дискретно-динамічної установки для калібрування та дослідження лічильників і витратомірів газу. Запропонована еталонна дискретно-динамічна установка складається з дзвонового мірника 1, нижньою частиною зануреного в резервуар з витискувачем 2, наповненого затворною рідиною, компесаційного резервуара 3, що з'єднаний з основним резервуаром та утворює з ним сполучену посудину. За допомогою гнучкого механічного зв'язку 4 дзвін 1 з'єднаний з каліброваною противагою 5, що розташована вертикально, співвісно з компенсаційним резервуаром. Установка обладнана системою вимірювання вертикального переміщення дзвона, що складається з жорстко закріпленої на рамі 6 оптичної лінійки 7 та оптичного зчитувача 8, механічно зв'язаного з дзвоновим мірником. Система подачі вимірюваного середовища складається з вихрового вентилятора 9 та запірних клапанів 10 і 11. На вихідному трубопроводі змонтована вимірювальна ділянка, що містить досліджуваний засіб вимірювальної техніки (ЗВТ) 12, який відсікається з однієї сторони клапаном 12, а з іншої встановленим задавачем витрати 13. Для врахування змін параметрів робочого середовища при його русі з піддзвонового простору до місця встановлення ЗВТ в установці передбачені давачі тиску (Р2, Р4) та температури (ТІ, Т2, Т4). Запропонована еталонна дзвонова дискретно-динамічна установка працює наступним чином. Перед початком проведення вимірювання за допомогою вентилятора 9 при відкритому клапані 10 та закритому клапані 11 по вхідному трубопроводу заповнюють внутрішню порожнину дзвона 1, піднімаючи його до заданого верхнього положення, при досягненні якого, запірний клапан 10 закривають та припиняють подачу робочого середовища. Дзвін 1 опиняється у нерухомому зваженому стані протягом часу, необхідного для стабілізації термодинамічних процесів в піддзоновому просторі. Після цього встановлюють необхідну величину витрати за допомогою задавача 13, відкривають запірний клапан 11 і починають випробування. Дзвін 1 під власною вагою починає витискати робочий газ крізь випробувальну ділянку з досліджуваним приладом 12, при цьому витіснений об'єм газу відлічується блоком обробки інформації за величиною переміщення оптичного зчитувача 8 відносно оптичної лінійки 7. Компенсація сил виштовхування при опусканні дзвонового мірника відбувається за допомогою одного з загальновідомих способів, наприклад, описаного в [Вощинський В.В. Спосіб компенсації виштовхувальної сили замкової рідини розділювача в робочих еталонах об'єму газу дзвонового типу / В.В.Вощинський, B.C.Вощинський // Методи та прилади контролю якості. 2002 - №9. - С.44-45] (на схемі не показано). При опусканні дзвона 1 відбувається синхронне піднімання противаги 5, при цьому додаткова кількість затворної рідини, що витісняється дзвоновим мірником, перетікає в компенсаційний резервуар. Таким чином частина об'єму (сумарно дзвона і противаги), зануреного в гідрозамок, залишається незмінною, внаслідок чого досягається сталість рівня затворної рідини. При досягненні дзвоном 1 крайнього нижнього положення запірний клапан 11 закривають, що є кінцевою операцією поточного випробувального циклу. При калібруванні або повірці лічильників газу відрахований блоком обробки інформації контрольний об'єм газу порівнюється з об'ємом, що паралельно був виміряний досліджуваним ЗВТ 12, що досліджується, з врахуванням зміни параметрів робочого середовища за показами давачів параметрів вимірюваного середовища. На підставі цього роблять висновок про метрологічні характеристики досліджуваного приладу. Аналогічно відбувається повірка або калібрування витратомірів газу, але в цьому разі, окрім відліку контрольного об'єму газу, водночас проводять розрахунок величини відтворюваної витрати газу, наприклад, усередненням виміряного контрольного об'єму протягом часу його відтворення. Розраховане значення відтворюваної витрати газу порівнюється з показами досліджуваного витратоміра, з чого роблять висновок про його метрологічні характеристики. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Еталонна дзвонова дискретно-динамічна установка для точного відтворення та вимірювання об'єму і об'ємної витрати газу, що складається з дзвонового мірника, нижньою частиною зануреного у резервуар з рідиною, витискувача, пристрою вимірювання лінійного переміщення дзвонового мірника, запірних клапанів з автоматизованим керуванням, каліброваної противаги та системи трубопроводів, яка відрізняється тим, що противага виконана у формі каліброваного вертикального циліндра, зануреного в компенсаційний резервуар, що гідравлічно 2 UA 113648 C2 сполучений з основним резервуаром, та механічно за допомогою гнучкого зв'язку зв'язана з дзвоновим мірником. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3