RU2431817C1 - Pneumatic source of low pressure - Google Patents

Abstract

FIELD: instrument making. ^ SUBSTANCE: pneumatic source of low pressure (see the drawing) comprises a unit 1 of pressure pulling, a unit 2 of fine tuning, a unit 3 of smooth pressure reduction, a control element 4, output ports 5, and also a unit 6 of compensation, made in the form of a membrane compensation unit of low rigidity with variable volume, enclosed into a reservoir 7 of permanent volume, heat insulated with a heat insulation material 8 and connected via a supply nozzle 9 to the pneumatic system of low pressure source. Making the element of variable volume with low rigidity and placing it into the heat-insulated reservoir of permanent volume, and connection of the low pressure source via the supply nozzle to the pneumatic system of the low pressure source in combination with availability of the fine tuning unit makes it possible to develop low pressures with high accuracy and to maintain them permanent. ^ EFFECT: making it possible to develop and preserve the specified values of low pressures or underpressure, permanent in value, during the time required for a calibrated point in process of calibration. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам, создающим давление газа, и может быть использовано в метрологических целях для проведения калибровки или поверки средств контроля и измерения давления методом сличения.The invention relates to instrumentation, in particular to devices that create a gas pressure, and can be used for metrological purposes for calibration or verification of means of monitoring and measuring pressure by comparison.

Известны устройства - источники создания давления, указанные в каталоге «Метрологическое оборудование», выпуск 8/2009, ЗАО «ПГ «МЕТРАН»», стр.104 в разделе «Источники создания давления» помпа ручная пневматическая П-025, насос ручной пневматический Н-2,5, пневматические насосы PGV, Т-975 компании Артвик Р, г.Москва, а также портативный задатчик низких давлений СРС2000 компании Wika, Германия и задатчик давления FC0502, фирмы Furness Controls, Великобритания.Known devices - sources of pressure generation, indicated in the catalog "Metrological equipment", issue 8/2009, ZAO "PG" METRAN "", page 104 in the "Sources of pressure" pump manual pneumatic P-025, manual pneumatic pump N- 2.5, pneumatic pumps PGV, T-975 of the company Artvik R, Moscow, as well as a portable low-pressure switch CPC2000 from Wika, Germany and a pressure switch FC0502, from Furness Controls, United Kingdom.

Известные источники давления предназначены для создания низких избыточных давлений или разрежения при проведении поверки средств измерения давления методом прямого сличения показаний эталонного и поверяемого (калибруемого) средства измерения давления. Они имеют типовой набор основных узлов, обеспечивающих работоспособность устройства согласно их функциональному назначению: источник давления, ручной или электрический, для создания давления или разрежения в системе, устройства для задания точного давления, коммутирующие устройства, узлы отсечения рабочего газа от атмосферного давления и плавного сброса давления из системы и рабочих полостей эталонного и поверяемого средства измерения давления, присоединительные штуцеры для эталонных и поверяемых средств измерения давления. Сложные задатчики давления имеют электронные блоки управления процессом создания давления.Known sources of pressure are intended to create low excess pressures or rarefaction during calibration of pressure measuring instruments by direct comparison of the readings of a reference and calibrated (calibrated) pressure measuring instrument. They have a typical set of basic units that ensure the operability of the device according to their functional purpose: a pressure source, manual or electric, to create pressure or vacuum in the system, devices for setting the exact pressure, switching devices, nodes for cutting off the working gas from atmospheric pressure and smooth pressure relief from the system and working cavities of the reference and verified pressure measuring instruments, connecting fittings for the reference and verified pressure measuring instruments. Complex pressure controllers have electronic control units for the process of creating pressure.

Недостатком данных устройств является то, что при наличии типового набора основных узлов достаточно сложно сохранить заданное значение низкого давления или разрежения в течение времени, необходимого на поверяемую точку в процессе калибровки или поверки средства измерения давления методом сличения по причине влияния внешних воздействующих факторов - температуры окружающей среды, атмосферного давления на замкнутый объем поверочной системы.The disadvantage of these devices is that in the presence of a typical set of basic units, it is quite difficult to maintain the set value of low pressure or vacuum for the time required for the point to be verified during calibration or verification of the pressure measuring device by comparison using the influence of external factors - ambient temperature atmospheric pressure on the closed volume of the calibration system.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является узел задания давления, представленный в автоматической системе для испытания герметичности замкнутых объемов, описанный в изобретении к патенту RU 2157981 по кл. G01M 3/02, з. 09.12.98, опубл. 20.10.2000, относящийся к системам измерения герметичности замкнутых объемов в космической технике и выбранный в качестве прототипа.Closest to the technical nature of the claimed is the node job pressure, presented in an automatic system for testing the tightness of closed volumes, described in the invention to patent RU 2157981 class. G01M 3/02, c. 12/09/98, publ. 10.20.2000, relating to systems for measuring the tightness of closed volumes in space technology and selected as a prototype.

Известный узел (см. чертеж) задания давления автоматической системы для испытания герметичности замкнутых объемов снабжен емкостью 9 с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора 10, снабженного чувствительным элементом 11, выполненным в виде датчика давления. Сильфонный компенсатор 10 подключен посредством магистрали 7 наддува газа к замкнутому объему 12, а через последовательно установленные пироклапаны и электроклапаны к источнику давления газа 2, причем исполнительные органы указанных клапанов через программно-временное устройство включены в систему автоматического управления клапанами, при этом замкнутый объем через электропневмоклапаны подключен к источникам вакуума и жидкости. В качестве замкнутого объема 12 используют, например, магистрали перекачки жидкого топлива между топливными баками, состыкованными посредством стыковочного устройства 23.The known site (see drawing) of the pressure setting of the automatic system for testing the tightness of closed volumes is equipped with a capacity of 9 with a variable volume during the test, made in the form of a bellows compensator 10, equipped with a sensing element 11, made in the form of a pressure sensor. The bellows compensator 10 is connected via a gas boost line 7 to a closed volume 12, and through sequentially installed pyro valves and solenoid valves to a gas pressure source 2, the actuators of these valves through a program-time device included in the automatic valve control system, while the closed volume through electro-pneumatic valves connected to vacuum and liquid sources. As a closed volume 12, for example, liquid fuel transfer lines between fuel tanks docked by means of a docking device 23 are used.

Как следует из описания изобретения к патенту, назначение известного узла при испытании замкнутого объема 12 со стыковочным устройством 23 на герметичность сводится к следующему. Сначала замкнутый объем 12 вакуумируют источником вакуума, в качестве которого используют, например, космическое пространство, при измерении герметичности в Космосе и затем заполняют его жидким топливом под давлением источника 2 газа. Емкость 9 с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненная в виде сильфонного компенсатора 10, позволяет устранять погрешности измерения при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности за счет компенсации расширения (сжатия) массы жидкости в замкнутом объеме 12 и снятия дополнительных увеличений (уменьшений) давления в полости объема 12, при этом датчик давления 11 фиксирует давление с учетом поправки на температурные колебания. Проверка герметичности производится по спаду давления в замкнутом объеме 12.As follows from the description of the invention to the patent, the purpose of the known site when testing a closed volume 12 with a docking device 23 for tightness is as follows. First, the enclosed volume 12 is evacuated with a vacuum source, for example, using outer space, for example, when measuring the tightness in the Cosmos and then filling it with liquid fuel under the pressure of the gas source 2. A container 9 with a volume changing during the test, made in the form of a bellows compensator 10, allows to eliminate measurement errors during temperature fluctuations during the tightness test by compensating for the expansion (compression) of the mass of liquid in the closed volume 12 and the removal of additional increases (decreases) in pressure in the cavity volume 12, while the pressure sensor 11 captures the pressure, taking into account the correction for temperature fluctuations. The tightness test is performed by the pressure drop in the closed volume 12.

Недостатком известного устройства является то, что в процессе проверки герметичности замкнутого объема в течение времени, измеряемого часами, замкнутый объем заполнен только жидким топливом (т.е. в системе используется гидравлика) и находится под постоянным давлением порядка 16 атм, и емкость в виде сильфонного компенсатора устраняет погрешности при температурных колебаниях только жидкости под постоянным давлением, что сужает эксплуатационные возможности устройства. При проведении вакууммирования и продувки газом магистралей замкнутого объема работа сильфонного компенсатора в описании изобретения к патенту не показана.A disadvantage of the known device is that in the process of checking the tightness of a closed volume for a time measured by hours, the closed volume is filled only with liquid fuel (i.e., the system uses hydraulics) and is under a constant pressure of about 16 atm, and the capacity is in the form of a bellows the compensator eliminates errors in temperature fluctuations of only liquid under constant pressure, which narrows the operational capabilities of the device. When carrying out evacuation and gas purging of closed volume highways, the work of the bellows compensator is not shown in the description of the invention.

Другим недостатком известного устройства является то, что емкость с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненная в виде сильфонного компенсатора, позволяющая устранять погрешности измерения при температурных колебаниях вакуума, давлении газа и жидкости, работает только при высоких давлениях (давление порядка 16 атм (1600 кПа), а при низких давлениях (до 40 кПа) устранять погрешности измерения при температурных колебаниях не будет по следующим причинам.Another disadvantage of the known device is that the tank with a volume changing during the test, made in the form of a bellows compensator, which allows to eliminate measurement errors during temperature fluctuations in vacuum, gas and liquid pressure, works only at high pressures (pressure of the order of 16 bar (1600 kPa) , and at low pressures (up to 40 kPa), measurement errors during temperature fluctuations will not be eliminated for the following reasons.

Сильфонный компенсатор известного устройства для давления порядка 16 атм должен иметь многослойную стенку (по ГОСТ 21744-83 или ТУ 3695-001-35740880-97). Например, для давлений до 2,5 МПа (близкое к 16 атм) по ТУ 3695-001-35740880-97 рекомендуется многослойный сильфон диаметром 65 или 98 мм с толщиной одного слоя 0,3 мм и количеством слоев в сильфоне 2 или 3, а это значит толщина стенки сильфонного компенсатора может достигать 0,6 или 0,9 мм для сохранения прочностных характеристик компенсатора. При этих значениях толщины стенки сильфон на температурные изменения низких давлений изменять свой объем не будет. Одной из характеристик сильфонов является их жесткость, измеряемая в Н/мм. С увеличением толщины стенки сильфона, при одинаковых внешних размерах, увеличивается и жесткость сильфона, что приводит к потере чувствительности.The bellows compensator of the known device for pressure of about 16 atm should have a multilayer wall (according to GOST 21744-83 or TU 3695-001-35740880-97). For example, for pressures up to 2.5 MPa (close to 16 atm) according to TU 3695-001-35740880-97, a multilayer bellows with a diameter of 65 or 98 mm with a thickness of one layer of 0.3 mm and the number of layers in the bellows is 2 or 3, and this means the wall thickness of the bellows expansion joint can reach 0.6 or 0.9 mm to maintain the strength characteristics of the expansion joint. At these wall thicknesses, the bellows will not change its volume to temperature changes in low pressures. One of the characteristics of bellows is their stiffness, measured in N / mm. With an increase in the wall thickness of the bellows, with the same external dimensions, the rigidity of the bellows also increases, which leads to a loss of sensitivity.

Определение низких давлений описано в книге авторов К.И.Хансуварова и В.Г.Цейтлина «Техника измерения давления расхода количества и уровня жидкости газа и пара», Издательство стандартов, 1990 г. В области микроманометрии диапазон измерений составляет от 10^-1 до 4×10⁴ Па.The definition of low pressures is described in the book of the authors K.I. Khansuvarov and V.G. Tseytlin “Technique for measuring the pressure of the flow rate of the quantity and level of liquid gas and steam”, Standards Publishing House, 1990. In the field of micromanometry, the measurement range is from 10 ^-1 to 4 × 10 ⁴ Pa.

Так как поверяемые значения давления (поверочные точки) средств измерения могут незначительно отличаться от атмосферного давления, то изменения температуры окружающей среды и атмосферного давления могут значительно влиять на создание с высокой точностью низких давлений и поддержание их постоянными. С увеличением создаваемого давления это влияние проявляется в меньшей степени. В процессе калибровки и поверки средств измерения изменение температуры в десятых долях градуса изменяет давление в десятки паскалей.Since the calibrated pressure values (calibration points) of the measuring instruments may slightly differ from atmospheric pressure, changes in the ambient temperature and atmospheric pressure can significantly affect the creation of low pressures with high accuracy and keeping them constant. With increasing pressure created, this effect is manifested to a lesser extent. In the process of calibration and calibration of measuring instruments, a change in temperature in tenths of a degree changes the pressure in tens of pascals.

Также в известном устройстве у емкости с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора, отсутствует теплоизоляция, что приводит к резким изменениям объема самой емкости при резких колебаниях температуры с фиксированием этих колебаний датчиком.Also, in the known device, a tank with a volume that is changed in the process of testing made in the form of a bellows compensator does not have thermal insulation, which leads to sharp changes in the volume of the tank itself during sharp temperature fluctuations with the sensor fixing these vibrations.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение возможности создания и сохранения заданных значений низких давлений или разрежения, постоянных по величине, стабильных во времени в процессе калибровки или поверки средства измерения давления методом сличения независимо от изменения внешних воздействующих факторов - температуры окружающей среды, атмосферного давления на замкнутый объем поверочной системы.The objective of the proposed technical solution is to provide the ability to create and maintain the set values of low pressures or vacuum, constant in magnitude, stable over time during calibration or calibration of pressure measuring instruments by comparison, regardless of changes in external factors - ambient temperature, atmospheric pressure per closed volume calibration system.

Поставленная задача решается тем, что в пневматическом источнике низкого давления, содержащем блок управления, узел задания давления, блок компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, заключенного в емкость постоянного объема, узел плавного сброса давления, узел стыковки источника с потребителем, согласно изобретению в него введен дополнительно узел точной настройки, включенный между узлом задания давления и блоком компенсации, в котором элемент изменяющегося объема имеет малую жесткость, а емкость постоянного объема выполнена теплоизолированной, при этом все узлы, входящие в источник, выполнены пневматическими.The problem is solved in that in a low-pressure pneumatic source containing a control unit, a pressure setting unit, an error compensation unit in the form of a variable-volume element enclosed in a constant-volume container, a smooth pressure relief unit, a source-consumer interface assembly, according to the invention in an additional fine-tuning unit was introduced thereto, included between the pressure setting unit and the compensation unit, in which the variable volume element has low stiffness, and the capacity is constant MA is thermally insulated, while all the nodes included in the source are pneumatic.

Выполнение элемента изменяющегося объема с малой жесткостью при размещении его в теплоизолированной емкости постоянного объема и подсоединении через подводящий штуцер к пневматической системе источника низкого давления в совокупности с наличием узла точной настройки позволяет создавать с высокой точностью низкие давления и поддерживать их постоянными.The implementation of the element of variable volume with low rigidity when placed in a heat-insulated container of constant volume and connected via a supply nozzle to the pneumatic system of a low pressure source in conjunction with the presence of a fine tuning unit allows you to create low pressures with high accuracy and keep them constant.

Технический результат - обеспечение возможности создания постоянных во времени значений низких давлений.The technical result is the provision of the possibility of creating constant in time values of low pressures.

Заявляемый пневматический источник низкого давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как введение в него дополнительно узла точной настройки, включенного между узлом задания давления и блоком компенсации, выполнение последнего из элемента изменяющегося объема малой жесткости, размещенного в теплоизолированной емкости постоянного объема, и выполнение всех узлов, входящих в источник, пневматическими, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.The inventive pneumatic source of low pressure has a novelty in comparison with the prototype, differing from it by the presence of such essential features as the introduction of an additional fine adjustment unit included between the pressure setting unit and the compensation unit, the execution of the last element of a varying volume of low stiffness, placed in a heat-insulated capacity of constant volume, and the implementation of all nodes included in the source, pneumatic, providing in the aggregate the achievement of a given result.

Заявителю не известны технические решения, содержащие указанные выше отличительные признаки, обеспечивающие в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".The applicant is not aware of technical solutions containing the above distinguishing features, which together ensure the achievement of a given result, therefore, he believes that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Заявляемый пневматический источник низкого давления может найти широкое применение в промышленности при производстве средств измерения давления и разрежения, их калибровке и поверке, и поэтому соответствует критерию "промышленная применимость".The inventive pneumatic source of low pressure can be widely used in industry in the manufacture of measuring instruments for pressure and vacuum, their calibration and verification, and therefore meets the criterion of "industrial applicability".

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена схема пневматического источника низкого давления для поверки средств измерения давления.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a pneumatic source of low pressure for calibration of pressure measuring instruments.

Пневматический источник низкого давления (см. чертеж) состоит из узла 1 создания давления, узла 2 точной настройки, узла 3 плавного сброса давления, управляющего элемента 4, выходных портов 5, а также блок 6 компенсации, выполненный в виде мембранного узла компенсации малой жесткости с изменяющимся объемом, заключенную в емкость 7 постоянного объема, теплоизолированную теплоизоляционным материалом 8 и подсоединенную через подводящий штуцер 9 к пневматической системе источника низкого давления.The pneumatic source of low pressure (see drawing) consists of a unit 1 for creating pressure, a unit 2 for fine tuning, a unit 3 for smooth pressure relief, a control element 4, output ports 5, and also a compensation unit 6 made in the form of a membrane unit for compensating low rigidity with variable volume, enclosed in a container 7 of constant volume, insulated with heat-insulating material 8 and connected through the inlet fitting 9 to the pneumatic system of the low pressure source.

Пневматический источник низкого давления работает следующим образом. К выходным портам 5 подсоединяют эталонное и поверяемое средства измерения давления (не показаны). Перед началом создания давления в пневматической системе источника низкого давления закрывают узел 3 плавного сброса давления, а управляющий элемент 4 переключают на создание в подсоединенных приборах избыточного давления или давления в области разрежения. Узлом 1 создания давления в пневматической системе источника создают предварительное давление, близкое к поверочной точке эталонного средства измерения, и узлом 2 точной настройки достигают необходимого значения давления поверочной точки. Прямым сличением сравнивают показания эталонного и поверяемого средств измерения давления.Pneumatic source of low pressure works as follows. To the output ports 5 are connected reference and verifiable means of measuring pressure (not shown). Before starting to create pressure in the pneumatic system of the low pressure source, the unit 3 for smooth pressure relief is closed, and the control element 4 is switched to create excess pressure or pressure in the rarefaction region in the connected devices. The pressure generating unit 1 in the pneumatic system of the source creates a preliminary pressure close to the calibration point of the standard measuring instrument, and the fine tuning unit 2 reaches the required pressure value of the calibration point. By direct comparison, the readings of the reference and verified means of measuring pressure are compared.

Давление из системы через подводящий штуцер 9 попадает в блок 6 компенсации с изменяющимся объемом, выполненный в виде мембранного элемента малой жесткости, заключенного в емкость 7 постоянного объема, теплоизолированную теплоизоляционным материалом 8. Изменение температуры окружающей среды и атмосферного давления вызывает изменение объема воздуха, находящегося под давлением. Поскольку блок 6 выполнен в виде мембранного элемента малой жесткости, его упругие чувствительные элементы - мембраны деформируются, увеличивая или уменьшая объем блока 6 компенсации. Теплоизоляционный материал 8 сдерживает влияние на блок 6 компенсации резких колебаний температуры окружающей среды и, как результат, позволяет избежать резких изменений значения точного давления поверочной точки, таким образом, сохраняя заданное значение низкого давления или разрежения, постоянного по величине, стабильного во времени.The pressure from the system through the supply nozzle 9 enters the compensation unit 6 with a variable volume, made in the form of a membrane element of low rigidity, enclosed in a container 7 of constant volume, insulated with heat-insulating material 8. A change in ambient temperature and atmospheric pressure causes a change in the volume of air under pressure. Since block 6 is made in the form of a membrane element of low stiffness, its elastic sensitive elements - membranes are deformed, increasing or decreasing the volume of compensation block 6. The heat-insulating material 8 restrains the influence on the compensation unit 6 of sharp fluctuations in the ambient temperature and, as a result, avoids sudden changes in the value of the exact pressure of the calibration point, thereby maintaining the set value of low pressure or vacuum, constant in value, stable in time.

Чтобы не вывести из строя мембранный блок 6 компенсации при превышении упругой деформации чувствительных элементов создаваемым давлением служит теплоизолированная емкость постоянного объема 7, ограничивающая перемещение мембран.In order not to damage the membrane block 6 compensation when exceeding the elastic deformation of the sensitive elements, the created pressure is a thermally insulated container of constant volume 7, which limits the movement of the membranes.

С увеличением создаваемого давления это влияние проявляется в меньшей степени. В процессе калибровки и поверки средств измерения изменение температуры в десятых долях градуса изменяет давление в десятки паскалей.With increasing pressure created, this effect is manifested to a lesser extent. In the process of calibration and calibration of measuring instruments, a change in temperature in tenths of a degree changes the pressure in tens of pascals.

Для сброса давления из пневматической системы источника низкого давления и средств измерения давления открывают узел 3 плавного сброса давления.To relieve pressure from the pneumatic system of the low pressure source and pressure measuring devices, a smooth pressure relief unit 3 is opened.

В сравнении с прототипом заявляемый пневматический источник низкого давления обеспечивает создание низких давлений и позволяет поддерживать их в течение времени.In comparison with the prototype of the inventive pneumatic source of low pressure provides the creation of low pressures and allows you to maintain them over time.

Claims (1)

Пневматический источник низкого давления, содержащий блок управления, узел задания давления, блок компенсации погрешности в виде элемента с изменяющимся объемом, заключенного в емкость постоянного объема, узел плавного сброса давления, узел стыковки источника с потребителем, отличающийся тем, что в него введен дополнительно узел точной настройки, включенный между узлом задания давления и блоком компенсации, в котором элемент изменяющегося объема имеет малую жесткость, а емкость постоянного объема выполнена теплоизолированной, при этом все узлы, входящие в источник, выполнены пневматическими. A low-pressure pneumatic source containing a control unit, a pressure setting unit, an error compensation unit in the form of an element with a variable volume enclosed in a constant-volume tank, a smooth pressure relief unit, a source-consumer interface, characterized in that an additional accurate unit is introduced into it settings included between the pressure setting unit and the compensation unit, in which the variable volume element has low rigidity, and the constant volume capacity is thermally insulated, while m all nodes included in the source are made pneumatic.