PL178308B1

PL178308B1 - Sposób i urządzenie do określania ciśnienia wewnątrz zamkniętego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem

Info

Publication number: PL178308B1
Application number: PL95308455A
Authority: PL
Inventors: Manen Peter Van
Original assignee: Boc Group Plc
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 2000-04-28
Also published as: EP0681168B1; GB9408821D0; ZA953606B; EP0681168A3; EP0681168A2; HUH3855A; PL308455A1; CA2148052A1; ID19058A; CN1116299A; HU9501271D0; US5585567A; CZ103795A3; DE69513222D1

Abstract

1 . Sposób okreslania cisnienia wewnatrz zamknietego cylindrycznego pojemnika, zwlaszcza butli z gazem, zawie- rajacy kolejne etapy wprowadzania podstawowych danych o pojemniku do pamieci obwodu elektronicznego, inicjo- wania wibracji pojemnika wzbudzajacych podstawowa promieniowo-obwodowa skladowa drgan f1 oraz pierwsza skladowa harmoniczna drgan f2 wykrywania drgan pojemnika, wytwarzania spektrum czestotliwosci wy- krytych drgan, wydzielenia z tego spektrum czestotliwosci podstawowej czestotliwosci promieniowo-obwodowej skladowej drgan f1 oraz skladowej harmonicznej drgan f2 oraz okreslenia cisnienia P wewnatrz pojemnika na podsta- wie tych wydzielonych wartosci czestotliwosci f1 i f2 oraz podstawowych danych o pojemniku, znamienny tym, ze wibracje pojemnika inicjuje sie przez mechaniczne uderze- nie w pojemnik, polegajace na przylozeniu sily punktowej, skierowanej w strone srodka zewnetrznej powierzchni cy- lindrycznego pojemnika, po czym na podstawie wydzielo- nych wartosci czestotliwosci f1 oraz f2 okresla sie cisnienie P wewnatrz pojemnika ze wzoru FIG 1 P L 178308 B 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do określania ciśnienia wewnątrz uszczelnionego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem.

Znany sposób określania wewnętrznego ciśnienia butli z gazem obejmuje wykorzystanie manometru. Manometr ten połączony jest z wylotem butli przed zadziałaniem zaworu, co umożliwia bezpośrednią łączność manometru z zawartością butli i odpowiedź na ciśnienie w niej. Takie manometry, chociaż zapewniają wysoki stopień dokładności, o ile zostaną właściwie zamocowane przez wyszkolonego operatora,, to jednak nie ułatwiają przyspieszenia operacji. Może to spowodować niepożądane opóźnienia, kiedy operator kontroluje dużą liczbę butli. Dokładność przy takich manometrach może być nieistotna, kiedy na przykład pożądane jest jedynie sprawdzenie, czy butlajest zasadniczo pełna czy zasadniczo pusta, aby uniknąć wysyłania klientowi pustej butli.

Z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 399 514 i 3 802 252jest znany sposób określania ciśnienia wewnątrz uszczelnionego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem, zawierający kolejne etapy wprowadzania podstawowych danych o pojemniku do pamięci obwodu elektronicznego, inicjowania wibracji pojemnika wzbudzających podstawową promieniowo-obwodową składową drgań fj oraz pierwszą składową harmoniczną drgań f₂, wykrywania drgań pojemnika, wytwarzania spektrum częstotliwości wykrytych drgań, wydzielenia z tego spektrum częstotliwości podstawowej częstotliwości promieniowo-obwodowej składowej drgań f oraz składowej harmonicznej drgań f₂ oraz określenia ciśnienia P wewnątrz pojemnika na podstawie tych wydzielonych wartości częstotliwości f i f2 oraz podstawowych danych o pojemniku.

Z tych samych opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 399 514 i 3 802 252 jest znane urządzenie do określania ciśnienia wewnątrz uszczelnionego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem, mające zespół uderzający do inicjowania wibracji pojemnika, wzbudzających podstawową promieniowo-obwodową składową drgań f, oraz pierwsząskładową harmonicznądrgań f2, w sąsiedztwie, którego znajduje się detektor do wykrywania wibracji pojemnika, przy czym do detektora jest podłączony obwód elektroniczny z pamięcią do przyjmowania podstawowych danych w pojemniku, zawierający filtr do wydzielania wartości częstotliwości f, i f2, oraz kalkulator do obliczania wewnętrznego ciśnienia P na podstawie wydzielonych wartości częstotliwości f, i f2 oraz podstawowych danych o pojemniku.

Jednakże tego rodzaju znany sposób i urządzenie są niedokładne, ponieważ wibracje pojemnika są inicjowane przez przyłożenie impulsu magnetycznego, który oddziaływuje na znaczny obszar powierzchni pojemnika, wytworzonego z materiału magnetycznego.

Istnieje zatem potrzeba opracowania sposobu i urządzenia do określania wewnętrznego ciśnienia w szczelinie zamkniętym cylindrycznym pojemniku, takim jak butla z gazem, stosunkowo szybkiego do przeprowadzenia i nie polegającego na umiejętnościach operatora dla zapewnienia dokładnego pomiaru.

Ponadto urządzenie według wynalazku powinno mieć możliwość łatwego umieszczania w stosunkowo niewielkiej szczelinie pomiędzy ściśle upakowanymi butlami.

Sposób określania ciśnienia wewnątrz uszczelnionego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem, zawierający kolejne etapy wprowadzania podstawowych danych o pojemniku do pamięci obwodu elektronicznego, inicjowania wibracji pojemnika wzbudzających podstawowąpromieniowo-obwodowąskładowądrgańf oraz pierwsząskładowąharmonicznądrgań f2, wykrywania drgań pojemnika, wytwarzania spektrum częstotliwości wykrytych drgań, wydzielenia z tego spektrum częstotliwości podstawowej częstotliwości promieniowo-obwodowej

178 308 składowej drgań f, oraz składowej harmonicznej drgań f₂ oraz określenia ciśnienia P wewnątrz pojemnika na podstawie tych wydzielonych wartości częstotliwości f, i f₂ oraz podstawowych danych o pojemniku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wibracje pojemnika inicjuje się przez mechaniczne uderzenie w pojemnik, polegającego na przyłożeniu siły punktowej, skierowanej w stronę środka zewnętrznej powierzchni cylindrycznego pojemnika, po czym na podstawie wydzielonych wartości częstotliwości f, oraz f₂ określa się ciśnienie P wewnątrz pojemnika ze wzoru:

P = (fi-A) /B, przy czym A = (f₂-fi)/2,8

B = C₂x

0,05 d t² _t=_A_ iZ

C, x 0,49 V E ’ gdzie:

t = grubość ścianki pojemnika, d = średnica pojemnika,

E = moduł sprężystości pojemnika, ζ = gęstość materiału pojemnika, zaś C ji C₂ = współczynniki korekcyjne korygujące wpływ, jaki mająkońce pojemnika _na obliczenia. Częstotliwości f, i/lub f₂ wydziela się poprzez poszukiwanie wewnątrz _wstępnie określonego zakresu/ów częstotliwości. Częstotliwość f, wydziela się, określając najpierw _wartość szacunkowąf, (est), a następnie poszukując rzeczywistej wartości f wewnątrz otoczeni_a tej wartości szacunkowej f, (est), przy czym wartość szacunkową f, (est) określa się ze wzoru'.

fi (est) = Ao + Bp, przyjmując nominalną wartość grubości t = to, otrzymuje się nominalną wartość Ao ze wzoru

Ao = Ci x 0,49

ĘtŚ ęd⁴ przyjmując, że B_p = 0

Częstotliwość f2 wydziela się, określając najpierw wartość szacunkową f2 (est) , a następnie poszukując rzeczywistej wartości f2 wewnątrz otoczenia tej wartości szacunkowej fj (est), przy czym wartość szacunkową fj (est) określa się ze wzoru:

f₂ (est) = 2,8 x A₀-fi, przy czym

Ao = Ci x 0,49

Et[ ζd⁴’ gdzie to jest nominalną wartością grubości pojemnika, zaś f, jest rzeczywistą wartością częstotliwości podstawowej promieniowo-obwodowej składowej drgań.

178 308

Urządzenie do określania ciśnienia wewnątrz uszczelnionego cylindrycznego pojemnika, zwłaszcza butli z gazem. mające zespół uderzający do inicjowania wibracji pojemnika. wzbudzających podstawowąpromieniowo-obwodową składową drgań f, oraz pierwszą składowąharmoniczną drgań f₂. w sąsiedztwie którego znajduje się detektor do wykrywania wibracji pojemnika. przy czym do detektorajest podłączony obwód elektroniczny z pamięci ądo przyjmowania podstawowych danych o pojemniku, zawierający filtr do wydzielania wartości częstotliwości f i f₂, oraz kalkulator do obliczania ciśnienia P wewnątrz pojemnika na podstawie wydzielonych wartości częstotliwości f, i f₂ oraz podstawowych danych o pojemniku. według wynalazku charakteryzuje się tym. że zespół uderzający ma bijakowąkońcówkę umieszczoną w pobliżu środka zewnętrznej powierzchni cylindrycznego pojemnika. zaś kalkulator ma podzespoły obliczające wartości A. t. B i P z równań:

A = (f₂-fi)/2,8

P = (fi - A) /B, gdzie:

t = grubość ścianki pojemnika. d = średnica pojemnika.

E - moduł sprężystości pojemnika, ζ = gęstość materiału pojemnika.

Cji C₂=współczynniki korekcyjne korygujące wpływ. jaki mająkońce pojemnika na obliczenia. Zespół uderzający jest zamocowany na podporze. która jest zamocowana na pojemniku za pomocązespołu mocującego. Podpora korzystnie stanowi pręt. Zespół mocujący zawiera parę magnesów. dociskających magnetycznie podporę do pojemnika. Zespół uderzający korzystnie zawiera solenoid. mający bijakową końcówkę. zaś detektor korzystnie zawiera przyśpieszeniomierz.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonaniu na rysunku. na którym fig. 1 przedstawia rzut boczny urządzenia według wynalazku. połączonego z butlą. której wewnętrzne ciśnienie ma być określone. fig. 2 i 3 - wykresy uzyskanych sygnałów drgań. fig. 4 - wykres częstotliwości drgań przy różnych ciśnieniach w butli. a fig. 5 - schemat blokowy algorytmu obliczania ciśnienia.

Pokazane na fig. 1 urządzenia 10 według wynalazku zawiera zespół do gromadzenia i obróbki danych w postaci obwodu elektronicznego 12 z pamięcią 12b do przyjmowania podstawowych danych o pojemniku 20. oraz mechaniczny zespół uderzający 14. Zespół uderzający 14 jest zamocowany na podporze 16 stanowiącej pręt mający zespół mocujący 18 w postaci przynajmniej jednego magnesu do zamocowania pręta podpory 16 na testowanej butli stanowiącej uszczelniony cylindryczny pojemnik 20. Dla wygody. jeden z tych magnesów może być podzielony na części w stosunku d podpory 16 tak. aby ułatwić dopasowanie do różnych rozmiarów pojemnika20. Zespół uderzający 14 jest zamocowany w stosunku do podpory 16 i magnesów tak. by pozostawić szczelinę G pomiędzy bijakową końcówką 14a zespołu uderzającego 14 a butlą. kiedy zespół uderzający 14 znajduje się w położeniu cofniętym. Obokzespołu uderzającego 14 znajduje się detektor 22 w postaci przyspieszeniomierza. wykrywający drgania pojemnika 20 wywołane działaniem zespołu uderzającego 14. Przyspieszeniomierz jest połączony z obwodem elektronicznym 12 w celu przekazania do niego wartości wykrytych drgań pojemnika 20.

178 308

Obwód elektroniczny 12 zawiera przetwornik analogowo-cyfrowy 12a, pamięć 12b do przechowywania zgromadzonych i opracowanych danych, kalkulator 12c zawierający procesor do obróbki danych w sposób opisany poniżej, klawiaturę z wyświetlaczem 12d oraz źródło zasilania 12e. Obwód elektroniczny 12 do pozyskiwania danych może ponadto zawierać podzespół do przechowywania wyników i/lub do przekazywania danych przez szeregowe złącze komunikacyjne (nie przedstawione).

Znajdujący się w kalkulatorze 12c procesor zawiera dolnoprzepustowy filtr cyfrowy z odcięciem ustawionym na około 3,5 kHz oraz podzespół do oczyszczania sygnału przez przeprowadzanie na otrzymanych danych szybkiego przekształcenia Fouriera.

Z uwagi na niewielkie rozmiary urządzenia według wynalazku, nadaje się ono do wprowadzenia do małych szczelin pomiędzy ściśle upakowanymi cylindrycznymi butlami, przy czym bijakowa końcówka 14a zespołu uderzającego 14 jest ustawiona w pobliżu środka powierzchni zewnętrznej butli tak, by zminimalizować wpływ końców butli na dokładność określania ciśnienia.

Przy praktykowaniu sposobu według wynalazku najpierw wybiera się odpowiedni rozmiar butli z zakresu danych przechowywanych w pamięci obwodu elektronicznego 12 (fig. 5) albo wprowadza się odpowiednie dane ręcznie (etap A), po czym uderza się w środek zewnętrznej powierzchni butli bijakowąkońcówkę 14a zespołu uderzającego 14 tak, by wzbudzić podstawową promieniowo-obwodową składową drgań f oraz pierwszą składową harmoniczną drgań f₂, a następnie wykrywa się (fig. 2,3) drgania butli za pomocą detektora 22 w postaci przyspieszeniomierza (etap B), po czym przeprowadza się konwersję analogowo-cyfrową z rozdzielczością pomiędzy 8 a 12 bitów (etap C) i przekazuje się przetworzony sygnał z przyspieszeniomierza do obwodu elektronicznego 12 w celu pozyskania danych dla obróbki. Obróbka obejmuje etapy oczyszczania uzyskanego sygnału, zapomocątechniki szybkiego przekształcenia Fouriera (etap D) a następnie wydzielenia wartości częstotliwości fj i f_2> za pomocą znajdującego się w kalkulatorze 12c procesora. Wydzielenie wartości częstotliwości f i f2 przeprowadza się poprzez wybór z oczyszczonego sygnału wyróżniających się plików rezonansowych (etap E) oraz poszukiwanie i identyfikację tych pików, które odpowiadają pikom częstotliwości f i f2.

Procedura poszukiwania i identyfikacji obejmuje fazy:

(a) wyboruyominnlneiwarto ści grnbo śc^it^r^tli (b))zdanycdpryechowywanyyh w ycmięci bądź wprowadzonych ręcznie, i obliczania nominalnej wartości (A_o) ze wzoru:

Ao = Ci x 0,49

Ęt[ ęd⁴ ’ gdzie t, - wybrana nominalna wartość grubości butli, d - średnica butli,

E - moduł sprężystości materiału butli, ζ - gęstość materiału butli,

C₁ - współczynnik korekcyjny korygujący wpływ, jaki mają końce butli na obliczenia;

(b) szacowania wartości (fj (est), a następnie poszukiwania rzeczywistej wartości f w danym otoczeniu R wspomnianej wartości szacunkowej f (est) (patrz fig. 4) (etap F), ze wzoru f (est) = A₀+B_p, gdzie Bp przyjmuje wartość zero;

(c) szacowania wartości f₂ (est), a następnie poszukiwania rzeczywistej wartości f₂ w danym otoczeniu R wspomnianej wartości szacunkowej f₂ (est) (patrz fig. 4) (etap G) ze wzoru f2 (est) = 2,8 x Ao - fi

Po zidentyfikowaniu rzeczywistych wartości fj i f2 (etap H) kalkulator wylicza rzeczywistą wartość A ze wzoru:

A = (f₂-fi)/2,8 a następnie oblicza grubość ścianki butli t ze wzoru:

178 308 _t= -^A__ IZ

C, χθ,49 V E

B = C2 x

0,05 d t²

Po obliczeniu grubości ścianki t, kalkulator wylicza zmienną B ze wzoru:

Wzór str. 16 gdzie C2 - współczynnik korekcyjny, korygujący wpływ, jaki mająkońce butli na obliczenia, a następnie oblicza niśoiaoie P wewnątrz butli (etap I) ze wzoru

P = (fi - A) /B

Wynik tych obliczeń (niśoienia wewnątrz butli) zostaje przedstawiony (etap J) poprzez wyświetlacz 12d albo w formie wydruku komputerowego.

178 308

Fi G. U

178 308

F! G. 5 (start j /Inicjalizuj

ustaw rozmiar butli z klawiatury

I

B—j—czytaj_dane ustaw rozmiar butli z klawiatury owto'rz onwersję A/C czytaj dwa zestawy danych podaj znane ciśnienia dla zestawów danych

znajdź maks, amplitudę zapisz odpow. częstotliwość

- usuń plik

oblicz nowe wzmocnienia i uchyby wybierz rzeczywiste f1,f2|

sterowanie ponownie oblicz ciśnienie

J

178 308

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. SposóS poróślonia ciśnienia wewnątrz zimrlcniatek⁰ cylindrycznego pojgmnika, zwłaszcza butli z gazem, zawierający kolejne etapy wprowadzania podstawowych danych o pojemniku do pamięci obwodu elektronicznego, inicjowania wibracji pojemnika wzbudzających podstawową promieniowo-obwodową składową drgań fn oraz pierwszą składową harmoniczną drgań f₂ wykrywania drgań pojemnika, wytwarzania spektrum częstotliwości wykrytych drgań, wydzielenia z tego spektrum częstotliwości podstawowej częstotliwości promieniowo-obwodowej składowej drgań f oraz składowej harmooinzoaj drgań f₂ oraz określenia ciśnienia P wewnątrz pojemnika na podstawie tych wydzielonych wartości częstotliwości ή i f2 oraz podstawowych danych o pojemniku, znamienny tym, że wibracje pojemnika inicjuje się przez mechaniczne uderzenie w pojemnik, polegające na przyłożeniu siły punktowej, skierowanej w stronę środka zewnętrznej powierzchni cylindrycznego pojemnika, po czym na podstawie wydzielonych wartości częstotliwości f₍ oraz f2 określa się ciśnienie P wewnątrz pojemnika ze wzoru

P = (fi-A) /B, przy czym t = grubość ścianki pojemnika, d = średnica pojemnika,

E = moduł sprężystości pojemnika, ζ = gęstość materiału pojemnika, zaś C ji C₂ = współczynniki korekcyjne korygujące wpływ, jaki mająto^e pojemnika na obliczenia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że częstotliwości f₁ i/lub f₂ wydziela się poprzez poszukiwanie wewnątrz wstępnie określonego zakresu/ów częstotliwości.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że częstotliwość f_j wydziela się, określając najpierw wartość szacunkową f (est), a następnie poszukując rzeczywistej wartości fj wewnątrz otoczenia tej wartości szacunkowej f^est), przy czym wartość szacunkową f_j (est) określa się ze wzoru;

fi (est) = Ao + Bp, przyjmując nominalnąwartoać grubości t=t₀, otrzymuje się oominalnąwartoać Αθ ze wzoru

Ao= Cix 0,49 przyjmując, że B_p = 0

178 308
4. Sposób wedbig zasta.l albo 2,2mamieimy tym, że yzęstotliwaść f₂ wydziela się, oki^tęślając nojpizrw wartość szacunkową f₂ (zet), o następnie poszukując rizcbawieazj wartości f₂wzwnąarb otociznia tzj wartości ebacunkowzj f₂(zst), przy czym wartość szacunkową fjtyst) określa się bz wzoru f₂ (est) = 2,8 x Ao - fi, przy czym

Ao = Ci x 0,49 , gdzie tojzst nominalną wartością grubości pojzynika, baś f₁jzst rzzcbawistą wartością częstotliwości podstawowej proyyzniowo-obwoaowzj skłaaowzj drgań.
5. Urządzenie do okraś iakia ciśnienia wewngtogzamZniatygz ętOndiycznego boczemr^^^, bwłasbcba butli z gabzm, moJąca baspdł udz^ający do inicjowania wibracji pojzmnika, wzbudzających padstowowąpromizniowo-obwodową składowądrgań fi orab pizrwszą składowąharmozinzną drgań fj, w sąsiadztwia którego zzojduJa się dztzkaor do wykrywania wibracji pojamziko, przy czym do dztzktorajzst podłączana obwdd zlzkarozinbna z pamięcią do przyjmowania podstawowych danych w pojzmniku, zawiarająny filtr do wyazizlania wartości nzęsaotliwości fi i fj, orab kalkulator do obliczazia wzwzętrzzzgo ciśniznia P na podstawia wyazizlozych wartości nzęstotliwośni Fii fj orab podstawowych danych o pojzmniku, zzomizzna tym, żz zzspdł udz^ający (24) ma bijakową końcówkę (24a) umiasbnboną w pobliżu środka zowzętrzzaj rowiarznhzi nylizdrynbzzgo pojayzika (20), baś kalkulator (22c) ma podzaspoła oblicbająna wartości A, t, B i P z równań:

A = (f₂-fi)/2,8

CjX0,49 V E

P = (fi -A) /B, gdzie:

t - grubość ścianki pojzyzika, d = średnica rajamzika,

E = moduł sprężystości pojamzika, ζ = gęstość matariału rojzmzika,

Cii Cj=współczynniki korzknyjzz, korygująca wpływ, jaki mająkończ rajamnika na oblinzozia.
6. Urządbaziz wzdług zastrz. 5, znomiazzz tym, żz izs^ udarbająna (24) jasa bamonowaza na podporba (26), która jasa zamocowana na rojzmziku (20) ba pomocą zospołu monuJąnogo (28).
7. Urządzazia wzdług zastrz. 6, znomizzna tym, żz podpora (26) stanowi pręt.
8. Urządzazia wzdług zastrz. 6, bzomiznza tym, żz zzspół mocujący (28) bawiara parę magnasdw, dociskających yagnztycbnia podporę (26) do pojzmzika (20).

178 308
9. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że zespół uderzający (14) zawiera solenoid, mający bijakową końcówkę (14a).
10. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że detektor (22) zawiera przyspieszeniomierz.