RU2548590C2 - Gas mass detector - Google Patents
Gas mass detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548590C2 RU2548590C2 RU2013132490/28A RU2013132490A RU2548590C2 RU 2548590 C2 RU2548590 C2 RU 2548590C2 RU 2013132490/28 A RU2013132490/28 A RU 2013132490/28A RU 2013132490 A RU2013132490 A RU 2013132490A RU 2548590 C2 RU2548590 C2 RU 2548590C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- mass
- epc
- pressure
- intake
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и к способам и устройствам измерения параметров состояния жидкостей и газов, может быть использовано в различных областях промышленности, где необходимы количественная оценка остатков (массы) рабочего тела (РТ) - газа в емкостях рабочей системы безнаддувного типа при регулярной выдаче РТ из емкости и управлении процессом выдачи РТ, например, в системе коррекции космического аппарата (КА) на всех этапах эксплуатации КА, в частности - для количественной оценки массы РТ, находящегося в состоянии насыщенного пара.The invention relates to measuring equipment and to methods and devices for measuring the state parameters of liquids and gases, can be used in various industries where a quantitative assessment of the residues (mass) of the working fluid (RT) - gas in the tanks of the working system of a naturally aspirated type with regular delivery of RT from the tank and the control of the process of issuing the RT, for example, in the correction system of the spacecraft (SC) at all stages of the operation of the SC, in particular for the quantitative assessment of the mass of the RT in a state saturated steam.
1. Известно множество устройств расходомеров РТ. Расходомеры позволяют прямым путем измерять массу динамических жидких и газообразных сред. Расход массы жидкости и газа при непрерывном процессе определяется в настоящее время расходомерами на основе использования силы Кориолиса либо разности температур (ΔТтс) термосопротивлений до и после нагревательного элемента измерительного канала. Точность таких устройств весьма высока: 0,25% для диапазона массы прокачки [5-10000]кг и при давлении до 320 атм (расходомеры серии СМ-01-ЕХ на основе изобретения RU 2153652 C2, МПК G01F 1/84). Высокую точность обеспечивает практическое отсутствие погрешностей генератора колебаний и датчика кориолисовой силы либо постоянство сечения измерительного канала ввиду возможности их изготовления с техническими параметрами, отвечающими поставленной задаче, а также то, что используется не прямая, а относительная зависимость расхода среды к скорости угловых колебаний потока среды относительно оси колебаний либо к разности температур ΔТтс, предполагающая котировочные эталонные замеры.1. There are many devices flow meters RT. Flow meters allow direct measurement of the mass of dynamic liquid and gaseous media. The flow rate of the mass of liquid and gas during a continuous process is currently determined by flow meters based on the use of the Coriolis force or the temperature difference (ΔT tc ) of the thermal resistance before and after the heating element of the measuring channel. The accuracy of such devices is very high: 0.25% for the pumping mass range [5-10000] kg and at pressures up to 320 atm (flow meters of the SM-01-EX series based on the invention of RU 2153652 C2, IPC G01F 1/84). The high accuracy is ensured by the practical absence of errors of the oscillation generator and the Coriolis force sensor or the constancy of the measuring channel cross section due to the possibility of their manufacture with technical parameters that meet the task, as well as the fact that not a direct but the relative dependence of the medium flow rate on the angular velocity of the medium flow the oscillation axis or to the temperature difference ΔТ ts , which assumes quotation reference measurements.
2. Известен способ измерения массы, расхода и объема газа при расходовании его из замкнутой емкости и устройство для его осуществления (RU 2156960 C2, МПК G01F 1/86). Способ-аналог реализуется с помощью устройства, содержащего датчики давления и температуры, установленные в замкнутой емкости (далее по тесту - емкость рабочей системы - ЕРС), и электронное устройство для обработки информации с этих датчиков. Электронное устройство содержит устройство управления, содержащее блок выбора типа газа, выбора измеряемой функции и задания объема ЕРС, аналого-цифровой преобразователь, функциональное устройство на носителях памяти для определения оставшейся массы газа в ЕРС, дифференцирующее устройство на носителях памяти, цифробуквенный индикатор и устройство сравнения, в который вводится контролируемый параметр.2. There is a method of measuring the mass, flow rate and volume of gas when spending it from a closed tank and a device for its implementation (RU 2156960 C2, IPC G01F 1/86). The analogue method is implemented using a device containing pressure and temperature sensors installed in a closed container (hereinafter referred to as the working system capacity - EPC), and an electronic device for processing information from these sensors. The electronic device comprises a control device comprising a unit for selecting the type of gas, selecting a measured function and setting the volume of the EPC, an analog-to-digital converter, a functional device on the storage media for determining the remaining mass of gas in the EPC, a differentiating device on the storage media, an alphanumeric indicator and a comparison device, into which the controlled parameter is entered.
Согласно способу измеряют температуру и давление непосредственно в ЕРС и определяют расход газа из ЕРС, причем начальную массу газа в ЕРС определяют с учетом фактора сжимаемости газа в зависимости от температуры и давления по выражению:According to the method, the temperature and pressure are measured directly in the EPC and the gas flow from the EPC is determined, and the initial mass of gas in the EPC is determined taking into account the gas compressibility factor depending on the temperature and pressure according to the expression:
где P0, T0 - соответственно начальные давление и температура, н/м2, 0K;where P 0 , T 0 - respectively, the initial pressure and temperature, n / m 2 , 0 K;
VEPC - объем ЕРС, м3;V EPC - the volume of the EPC, m 3 ;
Z - коэффициент сжимаемости газа, кг-1,Z is the gas compressibility coefficient, kg -1 ,
R - газовая постоянная, дж/(моль·градус),R is the gas constant, j / (mol · degree),
оставшуюся массу газа в ЕРС определяют по выражению:the remaining mass of gas in the EPC is determined by the expression:
где P1, T1 - соответственно текущие давление и температура, н/м2, 0K,where P 1 , T 1 - respectively, the current pressure and temperature, n / m 2 , 0 K,
расход массы определяют по выражению:mass flow rate is determined by the expression:
массовый секундный расход определяют по выражению:mass second flow rate is determined by the expression:
Начальный запас (объем) газа ЕРС, приведенный к нормальным условиям, определяется по выражению:The initial supply (volume) of EPC gas, reduced to normal conditions, is determined by the expression:
где ρ0 - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3,where ρ 0 is the gas density under normal conditions, kg / m 3 ,
а объем выданного газа, приведенный к нормальным условиям, определяется по выражению:and the volume of gas released, reduced to normal conditions, is determined by the expression:
На устройстве управления выбирают тип газа, требуемую измеряемую функцию и задается объем ЕРС. Необходимые контролируемые параметры устанавливаются на устройстве сравнения. Аналоговые сигналы с датчиков преобразуются в аналого-цифровом преобразователе и поступают на функциональное устройство. Функциональное устройство выдает на дифференцирующее устройство мгновенное значение оставшейся массы газа в ЕРС с учетом Z(P;T). Дифференцирующее устройство при измерении расхода газа производит цифровое дифференцирование по времени входного сигнала, а при измерении выданной массы или объема газа выдает разность между начальным и текущим значениями. При измерении оставшейся массы и объема оно выдает эти значения. С выхода дифференцирующего устройства значение функции поступает на вход цифробуквенного индикатора и устройства сравнения. Устройство сравнения сравнивает полученный результат с заданным и выдает соответствующий сигнал на внешнее исполнительное устройство.On the control device, select the type of gas, the desired measured function and set the volume of the EPC. The necessary monitored parameters are set on the comparison device. The analog signals from the sensors are converted into an analog-to-digital converter and fed to the functional device. The functional device outputs to the differentiator the instantaneous value of the remaining gas mass in the EPC taking into account Z (P; T). The differentiating device, when measuring the gas flow rate, digitally differentiates the input signal by time, and when measuring the delivered mass or gas volume, it gives the difference between the initial and current values. When measuring the remaining mass and volume, it gives these values. From the output of the differentiating device, the value of the function goes to the input of the alphanumeric indicator and the comparison device. The comparison device compares the result with the set and gives the corresponding signal to an external actuator.
3. Известен способ определения стабилизированных по температуре остатков рабочего тела - газа в емкостях рабочей системы (RU 2464206 C2, МПК B64G 1/22, G01G 17/04), который взят за прототип. Согласно данному способу, включающему выработку рабочего тела (РТ), определяют номинальную зависимость массы РТ от давлений в ЕРС при постоянной температуре; в сеансах измерений, разнесенных равномерно на интервале времени периодичности изменений температуры ЕРС и давления рабочего тела, снимают значения температуры для каждой ЕРС и общего давления; определяют средние на каждом из сеансов измерений значения этих температур; рассчитывают достоверные температуру и давление как среднее между минимальным и максимальным значениями; определяют массу остатков РТ из номинальной зависимости массы РТ от давления в ЕРС, при отклонении достоверной температуры от номинальной, превышающем погрешность температурных датчиков, вводят поправку в значение текущей фактической массы РТ, используя уравнения состояния газа.3. A known method for determining temperature-stabilized residues of the working fluid - gas in the tanks of the working system (RU 2464206 C2, IPC B64G 1/22, G01G 17/04), which is taken as a prototype. According to this method, including the production of a working fluid (RT), determine the nominal dependence of the mass of RT on the pressures in the EPC at a constant temperature; in measurement sessions spaced evenly over the time interval of the periodicity of changes in the temperature of the EPC and the pressure of the working fluid, the temperature values for each EPC and the total pressure are taken; determine the average at each of the measurement sessions, the values of these temperatures; reliable temperature and pressure are calculated as the average between the minimum and maximum values; determine the mass of RT residues from the nominal dependence of the mass of RT on the pressure in the EPC, when the reliable temperature deviates from the nominal temperature, which exceeds the error of the temperature sensors, a correction is made to the value of the current actual mass of the RT using gas equations of state.
4. Наиболее близким из известных технических решений является способ определения массы газа в баллоне топливной системы ДВС (двигателя внутреннего сгорания) (RU 2231758 C2, МПК G01F 9/00, G01F 17/00, G07C 5/10, F02M 21/02), включающий описание устройства, реализующего способ. Данное техническое решение взято за прототип.4. The closest known technical solutions is the method of determining the mass of gas in the cylinder of the fuel system of the internal combustion engine (internal combustion engine) (RU 2231758 C2, IPC G01F 9/00, G01F 17/00, G07C 5/10, F02M 21/02), including a description of a device that implements the method. This technical solution is taken as a prototype.
Способ может быть реализован в системе управления ДВС, работающего на сжатом газе. Устройство включает в себя контроллер, замок зажигания, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры газа на входе в ДВС и датчик давления газа в баллоне (ЕРС). Датчик давления устанавливается либо на баллоне, либо в трубопроводе топливной системы ДВС до редуктора давления. Принципиальным отличием устройства от устройства согласно аналогу 1 (п.2) является отказ от расположения датчика температуры внутри ЕРС.The method can be implemented in the control system of an internal combustion engine running on compressed gas. The device includes a controller, an ignition switch, a coolant temperature sensor, a gas temperature sensor at the inlet of the internal combustion engine and a gas pressure sensor in the cylinder (EPC). The pressure sensor is installed either on the cylinder or in the pipeline of the internal combustion engine fuel system to the pressure reducer. The fundamental difference between the device and the device according to analogue 1 (p. 2) is the rejection of the location of the temperature sensor inside the EPC.
По состоянию контактов замка зажигания контроллером фиксируют включение зажигания двигателя.According to the state of the ignition switch contacts, the controller fixes the ignition of the engine.
После включения зажигания ДВС контроллером по сигналам датчиков измеряют температуру охлаждающей жидкости и температуру газа на входе в ДВС и сравнивают полученные значения температур.After turning on the ignition of the internal combustion engine, the controller uses the signals of the sensors to measure the temperature of the coolant and the gas temperature at the inlet of the internal combustion engine and compare the temperature values obtained.
После выключения зажигания температура баллона (и газа в баллоне) значительно отличается от температуры ДВС и охлаждающей жидкости. Равенство температур ДВС, охлаждающей жидкости в системе охлаждения ДВС, баллона, газа в баллоне и газа на входе в ДВС достигается только при остывании ДВС (и охлаждающей жидкости) до температуры окружающей среды. В случае равенства измеренных температур считают, что температура ДВС, температура охлаждающей жидкости, температура баллона, температура газа в баллоне и температура газа на входе в ДВС равны между собой и соответствуют значению температуры окружающей среды. Запоминают значение температуры охлаждающей жидкости как температуру окружающей среды. Измеряют давление газа в баллоне. По значениям температуры окружающей среды и давления газа, зная объем баллона, определяют массу сжатого газа в баллоне топливной системы ДВС. Определенное значение массы запоминают в памяти контроллера и используют в расчетах остатка топлива при работе ДВС.After turning off the ignition, the temperature of the cylinder (and gas in the cylinder) is significantly different from the temperature of the internal combustion engine and coolant. Equal temperatures of the internal combustion engine, the coolant in the internal combustion engine cooling system, cylinder, gas in the cylinder and the gas entering the internal combustion engine are achieved only when the internal combustion engine (and coolant) cools to ambient temperature. If the measured temperatures are equal, it is considered that the temperature of the internal combustion engine, the temperature of the coolant, the temperature of the cylinder, the temperature of the gas in the cylinder and the temperature of the gas at the inlet of the internal combustion engine are equal and correspond to the value of the ambient temperature. The value of the coolant temperature is stored as the ambient temperature. Measure the gas pressure in the cylinder. Using the values of the ambient temperature and gas pressure, knowing the volume of the cylinder, determine the mass of compressed gas in the cylinder of the internal combustion engine fuel system. A certain mass value is stored in the controller memory and used in calculating the remaining fuel during the operation of the internal combustion engine.
Расходомеры (п.1) следовало привести в описании как приборы, которые, в принципе, могли бы быть универсальными и определять массу неподвижной газообразной среды при дискретной подаче газа в накопитель (ЕРС) или дискретном расходе газа из накопителя, оборудованного соответствующим расходомером, не обращаясь к операциям взвешивания. Но таких устройств нет. Принципы работы существующих типов расходомеров строго предназначены для определения масс динамических, но не статических сред.The flow meters (p. 1) should be given in the description as devices that, in principle, could be universal and determine the mass of a stationary gaseous medium with a discrete supply of gas to a storage device (EPC) or a discrete flow rate of gas from a storage device equipped with an appropriate flow meter without to weighing operations. But there are no such devices. The operating principles of existing types of flowmeters are strictly intended to determine the masses of dynamic, but not static media.
В первом аналоге (п.2) представлено устройство массомера, включающее в себя датчики температуры и давления в ЕРС и несложное электронное устройство с необходимым набором известных приборов и функций, обслуживающее эти датчики. Изобретение является таковым лишь благодаря способу, включенному в первый пункт формулы изобретения. Устройство, включенное во второй пункт формулы, на взгляд автора, самостоятельным изобретением не является, поскольку тогда оно бы являлось устройством «ни о чем» - два датчика и электронное устройство, в которое заложено определенное мат. обеспечение. Но расчеты не являются отличительными признаками изобретения. «Изобретения, основанные на создании средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связями между ними» не отвечают критерию «изобретательский уровень» (РОСПАТЕНТ, Рекомендации по вопросам экспертизы заявок на изобретения и полезные модели, п.1.6.2.2.1(6)).In the first analogue (p. 2), a mass meter device is presented, which includes temperature and pressure sensors in the EPC and a simple electronic device with the necessary set of known devices and functions that service these sensors. The invention is such only thanks to the method included in the first claim. The device included in the second paragraph of the formula, in the opinion of the author, is not an independent invention, because then it would be a device "about nothing" - two sensors and an electronic device, which contains a certain mat. security. But the calculations are not distinguishing features of the invention. “Inventions based on the creation of a tool consisting of well-known parts, the choice of which and the relationship between them are based on well-known rules, recommendations, and the achieved technical result is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them” do not meet the criterion of “inventive level ”(ROSPATENT, Recommendations on the examination of applications for inventions and utility models, Clause 1.6.2.2.1 (6)).
Во втором аналоге (п.3) используется зависимость стабилизированных по температуре массовых остатков РТ - газа от давления в емкостях (ЕРС) постоянного объема рабочей системы, полученная по результатам стендовых испытаний заправленной ЕРС. Недостатком второго аналога является то, что на относительно коротком начальном интервале активного существования рабочей емкости, когда РТ находится под большим давлением и претерпевает фазовые переходы, он не работает. Другим недостатком является его ограниченная область применения из-за требования стабилизации температурного режима стенок ЕРС в течение всего срока работы с ЕРС. Хотя, в условиях работы КА на орбите способ свою задачу выполняет хорошо.In the second analogue (p. 3), the temperature-stabilized mass residues of RT gas are used as a function of the pressure in the tanks (EPC) of the constant volume of the working system, obtained from bench tests of a filled EPC. The disadvantage of the second analogue is that on a relatively short initial interval of active existence of the working capacity, when the RT is under high pressure and undergoes phase transitions, it does not work. Another disadvantage is its limited scope due to the requirement of stabilization of the temperature regime of the walls of the EPC during the entire period of work with the EPC. Although, under the conditions of the spacecraft in orbit, the method performs its task well.
Прототип (п.4), в принципе, дает хорошие результаты и обладает несомненной полезностью, однако устройство для его реализации (не приведенное в формуле изобретения) так же, как и в первом аналоге, не отвечает критерию «изобретательский уровень».The prototype (p. 4), in principle, gives good results and has undoubted utility, however, the device for its implementation (not shown in the claims), as well as in the first analogue, does not meet the criterion of "inventive step".
Из сказанного следует, что изобретения-устройства для определения статической массы газообразных веществ в ЕРС отсутствуют. Все имеющиеся способы определения статической массы газообразных веществ в ЕРС применимы в большей (как в аналогах 1 и 2) или в меньшей (как в прототипе) степени к реальному газу. Прямое использование формул состояния реального газа при больших давлениях не дает удовлетворительные результаты. Это в наибольшей степени относится к состоянию газа «насыщенный пар» и «жидкость».It follows from the foregoing that there are no inventive devices for determining the static mass of gaseous substances in EPC. All available methods for determining the static mass of gaseous substances in EPC are applicable to a greater extent (as in analogues 1 and 2) or to a lesser extent (as in the prototype) to real gas. The direct use of real state formulas at high pressures does not give satisfactory results. This is most true for the state of gas "saturated steam" and "liquid".
В прототипе давление топлива в баллоне после заправки относительно невелико (~5-6 атм), и в расчетах остатка топлива с достаточной практической точностью можно использовать уравнение Менделеева-Клайперона. Отсутствует априорное знание коэффициентов состояния реального газа - они являются функциями межмолекулярных взаимодействий, следовательно, малоприменимы в практической деятельности: в каждом конкретном случае состояния газа даже не они, а их аппроксимирующие функции не постоянны, особенно в состоянии насыщенного пара. Коэффициент сжимаемости (сжижаемости) газа (отличие реального состояния газа от идеального состояния) при постоянном объеме - функция двух величин: температуры и давления газа в ЕРС. Для того чтобы формулы (1-6) были рабочими, необходимо заполнить матрицу размером, скажем, [60Х100], включающую диапазон изменений температуры от минус 30°C до плюс 30°C и диапазон изменений давления от нуля до 100 атм, фактическими прецизионными данными с шагом в один градус по температуре и с шагом в одну атмосферу по давлению. Это, как минимум, 6000 лабораторных измерений. Это очень большая квалифицированная работа, дающая возможность работать с реальным газообразным веществом. Но, так как в практике применяют различный состав газовых смесей, и процентный состав газовых смесей может самопроизвольно изменяться, то требуется невероятное количество таких матриц.In the prototype, the fuel pressure in the cylinder after refueling is relatively small (~ 5-6 atm), and the Mendeleev-Klaiperon equation can be used with sufficient practical accuracy in calculating the remaining fuel. There is no a priori knowledge of the coefficients of the state of a real gas - they are functions of intermolecular interactions, therefore, they are of little use in practice: in each particular case, they are not even gas states, and their approximating functions are not constant, especially in a saturated vapor state. The gas compressibility (liquefaction) coefficient (the difference between the real state of the gas and the ideal state) at a constant volume is a function of two quantities: temperature and gas pressure in the EPC. In order for formulas (1-6) to be working, it is necessary to fill in a matrix of, say, [60X100], including a range of temperature changes from minus 30 ° C to plus 30 ° C and a range of pressure changes from zero to 100 atm, with actual precision data in increments of one degree in temperature and in increments of one atmosphere in pressure. These are at least 6,000 laboratory measurements. This is a very large skilled work, making it possible to work with real gaseous matter. But, since different compositions of gas mixtures are used in practice, and the percentage composition of gas mixtures can change spontaneously, an incredible amount of such matrices is required.
Задачей является создание массомера, определяющего или с помощью которого масса газа определяется с погрешностью, не превышающей погрешность взвешивания при отсутствии возможности и целесообразности его проведения. Цель достигается тем, что в определитель массы газа, содержащий датчики температуры и давления и электронное устройство (контроллер) для обработки информации с этих датчиков, введены заборная емкость постоянного объема, в которую из ЕРС отбирается проба газа, приборная емкость, общий объем которой с заборной емкостью при сообщении емкостей приводит газ в идеальное состояние, и три клапанных механизма: на входе в заборную емкость; в переходе из заборной емкости в приборную емкость; на выходе из приборной емкости.The task is to create a mass meter, which determines or with the help of which the gas mass is determined with an error not exceeding the weighing error in the absence of the possibility and expediency of its implementation. The goal is achieved by the fact that a sampling tank of constant volume is introduced into a gas mass determiner containing temperature and pressure sensors and an electronic device (controller) for processing information from these sensors, into which a gas sample is taken from the EPC, the instrument tank, the total volume of which is with a sampling when the tank communicates with the tank, the gas is in perfect condition, and there are three valve mechanisms: at the entrance to the intake tank; in the transition from the intake tank to the instrument tank; at the exit of the instrument tank.
В нерабочем состоянии ОМГ все клапаны перед взятием пробы РТ из ЕРС находятся в запорном состоянии.When the OMG is inoperative, all valves are in the shut-off state before taking the RT sample from the EPC.
Технический результат достигается за счет того, что перед началом работы с ОМГ давление в приборной емкости ОМГ открытием выходного клапана выравнивают с внешним давлением в рабочей системе (например, с атмосферным давлением), выходной клапан закрывают, далее определяют начальную массу газа, содержащуюся в изолированной теперь приборной емкости по уравнению состояния идеального газа. Газ в ОМГ заведомо идеальный. Пробу газа, находящегося под высоким давлением в рабочей емкости, через открытие выходного для ЕРС клапана отбирают в заборную емкость фиксированного объема. Тогда в течение времени, меньшего, чем для определения остатков РТ - газа, газ в заборной емкости по всем своим физическим параметрам идентичен газу в ЕРС. Это можно утверждать, даже если в заборной емкости имелся газ сколь угодного уровня давления - при открытом входном для заборной емкости (выходном для ЕРС) клапане массы газа в ЕРС и заборной емкостях будут перемешаны, и газ в обеих емкостях будет находиться в одном и том же состоянии по давлению и температуре. Строго говоря, остатками РТ следует считать суммарную массу газа в ЕРС и в заборной емкости. А объем заборной емкости по отношению объему приборной емкости и, тем более, по отношению к объему ЕРС ничтожен. Это обязательное условие изобретения. Затем газ через клапанный механизм, находящийся до того в запорном состоянии, переводят в емкость большего фиксированного объема с соотношением к объему заборной емкости, достаточном для того, чтобы в общей для заборной и приборной емкостей емкости состояние газа трансформировалось в идеальное и гарантировало определение массы газа в общей емкости. Зная массу газа в общей емкости, знают массу пробы РТ (взятой изначально в заборную емкость), как разницу между массой в общей емкости и начальной массой в приборной емкости. Остатки РТ в ЕРС (масса - везде масса, независимо от физического состояния газа) без методической погрешности, определяют, исходя из равенства отношения масс в ЕРС и заборной емкости отношению объемов ЕРС и заборной емкости.The technical result is achieved due to the fact that before starting work with OMG, the pressure in the OMG instrument vessel by opening the outlet valve is equalized with the external pressure in the working system (for example, atmospheric pressure), the outlet valve is closed, then the initial mass of gas contained in the now isolated instrument capacity according to the equation of state of an ideal gas. The gas in OMG is obviously perfect. A sample of gas under high pressure in the working tank, through the opening of the outlet for the EPC valve, is taken into a sampling tank of a fixed volume. Then, for a time shorter than for determining the residues of the RT gas, the gas in the intake tank is identical in all its physical parameters to the gas in the EPC. This can be argued even if there was gas of an acceptable pressure level in the intake tank - with the open inlet for the intake tank (outlet for EPC), the gas masses in the EPC and the intake tanks will be mixed, and the gas in both tanks will be in the same condition by pressure and temperature. Strictly speaking, the total mass of gas in the EPC and in the intake tank should be considered residues of RT. And the volume of the intake capacity in relation to the volume of the instrument capacity and, especially, in relation to the volume of the EPC is negligible. This is a prerequisite of the invention. Then, the gas through the valve mechanism, which was previously in the shut-off state, is transferred to a larger fixed volume tank with a ratio to the volume of the intake tank that is sufficient so that the state of the gas in the total capacity for the intake and instrument containers is transformed to an ideal state and guarantees the determination of the gas mass in total capacity. Knowing the mass of gas in the total capacity, they know the mass of the RT sample (taken initially in the intake capacity), as the difference between the mass in the total capacity and the initial mass in the instrument capacity. The residual RT in the EPC (mass is mass everywhere, regardless of the physical state of the gas) without methodological error, is determined on the basis of the equality of the mass ratio in the EPC and the intake capacity to the ratio of the EPC volumes and the intake capacity.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам в независимом пункте формулы заявленного определителя массы газа (ОМГ), отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна». Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники (космическая техника) с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Такие отличительные признаки данного изобретения, как взятие пробы РТ из ЕРС, двухкамерное исполнение массомера для перевода пробы РТ тела в идеальное состояние, собственно перевод пробы РТ в идеальное состояние и система клапанов, обеспечивающая технический результат, ранее не применялись для изготовления массомеров, и потому данные отличительные признаки отвечают условию «изобретательский уровень».The analysis of the prior art carried out by the applicant has established that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features in the independent claim of the claimed gas mass determinant (OMG), therefore, the claimed invention meets the “novelty” condition. Search results for known technical solutions in this and related fields of technology (space technology) in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. Such distinguishing features of this invention as taking a PT sample from EPC, a two-chamber mass meter for transferring a body PT sample to perfect condition, actually transferring a PT sample to perfect condition and a valve system providing a technical result have not been previously used for the manufacture of mass meters, and therefore the data distinguishing features meet the condition of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлена схема устройства-определителя массы газа (ОМГ). Введены следующие обозначения:The invention is illustrated in figure 1, which presents a diagram of a device for determining the mass of gas (OMG). The following notation is introduced:
1, 2, 3 - клапаны;1, 2, 3 - valves;
4 - заборная емкость;4 - intake tank;
5 - приборная емкость;5 - instrument capacity;
6 - датчик температуры;6 - temperature sensor;
7 - датчик давления;7 - pressure sensor;
8 - кронштейны;8 - brackets;
9 - корпус ОМГ;9 - OMG case;
10 - стенка ЕРС;10 - wall of the EPC;
11 - блок понижения и стабилизации давления (БПСД).11 - block lowering and stabilizing the pressure (BPSD).
Обозначения 1-9 относятся к ОМГ.Designations 1-9 refer to OMG.
Устройство ОМГ может съемным (отдельным) либо встроенным в рабочую систему.The OMG device can be removable (separate) or integrated into the working system.
Реализация определения массы газа в рабочей емкости с помощью устройства.The implementation of the determination of the mass of gas in the working tank using the device.
1. Проводят измерение температуры и давления датчиками 6 и 7, находящимися в приборной емкости 5.1. Measure the temperature and pressure with sensors 6 and 7 located in the instrument tank 5.
2. Определяют остаточную массу газа в приборной емкости 5 от клапана 2 до клапана 3 по формуле:2. Determine the residual mass of gas in the instrument tank 5 from valve 2 to valve 3 by the formula:
где P0 - давление в приборной емкости перед началом определения остатков РТ в ЕРС, Па;where P 0 is the pressure in the instrument tank before starting to determine the residual RT in the EPC, Pa;
V0 - объем приборной емкости от клапана 2 до клапана 3, м3;V 0 - the volume of the instrument capacity from valve 2 to valve 3, m 3 ;
µ - молярная масса газа, кг/моль;µ is the molar mass of gas, kg / mol;
R - универсальная газовая постоянная, 8,3143 дж/(моль·градус);R is the universal gas constant, 8.3143 j / (mol · degree);
T0 - температура в приборной емкости перед началом определения остатков РТ в ЕРС, 0K.T 0 - temperature in the instrument tank before starting to determine the residual RT in the EPC, 0 K.
Газ заведомо идеальный, потому формула (7) - рабочая.The gas is obviously ideal, therefore, formula (7) is working.
3. Проводят открытие клапана 1.3. Open valve 1.
РТ заполняет заборную емкость 4 и смешивается с имеющимся в ней до открытия клапана 1 газом. Газ в заборной емкости 4 теперь имеет то же состояние, что и в ЕРС 10. Итак, взята проба газа, она идентична газу в ЕРС и имеет тоже давление и температуру при фиксированном объеме Vзаб, т.к. за время открытия клапана 4 давление и температура, физическое состояние газа в рабочей и заборной емкостях выравниваются.RT fills the intake tank 4 and mixes with the gas present in it before opening the valve 1. The gas in the intake tank 4 now has the same state as in the EPC 10. So, a gas sample was taken, it is identical to the gas in the EPC and has the same pressure and temperature at a fixed volume V zab , because during the opening of valve 4, the pressure and temperature, the physical state of the gas in the working and intake tanks are aligned.
4. Проводят закрытие клапана 1 и открытие клапана 2.4. Spend closing the valve 1 and opening the valve 2.
РТ заполняет заборную 4 и приборную 5 емкости. За счет подбора объемов заборной и приборной емкостей давление газа падает в зависимости от давления в ЕРС. Например, при использовании ЕРС в составе системы коррекции возможно падение давления до 5·105 Па (~5 кгс/см2) и ниже. Пять атмосфер принимается за допустимый предел давления, при котором газ уже можно считать идеальным и не отягощать погрешность определения массы газа принципиальным незнанием коэффициентов (а, точнее - функций этих коэффициентов) состояния реального газа.RT fills the intake 4 and the instrument 5 capacity. By selecting the volumes of the intake and instrument capacities, the gas pressure decreases depending on the pressure in the EPC. For example, when using EPC as part of the correction system, a pressure drop of up to 5 · 10 5 Pa (~ 5 kgf / cm 2 ) and lower is possible. Five atmospheres is taken as the permissible pressure limit at which the gas can already be considered ideal and not burden the error in determining the mass of gas by the fundamental ignorance of the coefficients (or rather, the functions of these coefficients) of the state of a real gas.
Объем заборной емкости, не имеющей датчиковой аппаратуры, в принципе, может быть сколь угодно малым. Соответственно приборная емкость, в пересчете на внутреннюю сферу, при пятнадцатикратном увеличении объема будет иметь радиус, больший всего в 2,5 раза относительно радиуса внутренней сферы заборной емкости.The volume of the intake tank that does not have sensor equipment, in principle, can be arbitrarily small. Accordingly, the instrument capacity, in terms of the internal sphere, with a fifteen-fold increase in volume, will have a radius that is only 2.5 times larger than the radius of the internal sphere of the intake tank.
5. Проводят измерение температуры и давления датчиками, находящимися в приборной емкости.5. Measure the temperature and pressure with sensors located in the instrument tank.
Если ЕРС несколько, и они объединены в единую топливную систему, суммарная масса РТ будет складываться из масс РТ в каждой из емкостей, пропорциональных объему ЕРС, снабженной ОМГ.If there are several EPCs, and they are combined into a single fuel system, the total mass of RT will be the sum of the masses of RT in each of the tanks proportional to the volume of EPC equipped with OMG.
6. Определяют общую массу газа в заборной и приборной емкостях по формуле:6. Determine the total mass of gas in the intake and instrument tanks by the formula:
где M1 - общая масса газа в заборной и приборной емкостях от клапана 1 до клапана 3, кг;where M 1 is the total mass of gas in the intake and instrument tanks from valve 1 to valve 3, kg;
P1 - давление в заборной и приборной емкостях после отбора пробы РТ, Па;P 1 - pressure in the intake and instrument tanks after sampling RT, Pa;
Vоб - общий объем заборной и приборной емкостей от клапана 1 до клапана 3, м3;V rev - the total volume of intake and instrument capacities from valve 1 to valve 3, m 3 ;
T1 - температура в заборной и приборной емкостях после отбора пробы РТ, 0K.T 1 - temperature in the intake and instrument tanks after sampling RT, 0 K.
Газ заведомо идеальный, потому формула (8) - рабочая.The gas is obviously ideal, because formula (8) is working.
7. Определяют массовые остатки (М) РТ - газа, исходя из соотношения7. Determine the mass residues (M) of the RT gas based on the ratio
по формуле:according to the formula:
где Vр - объем ЕРС, м3;where V p - the volume of the EPC, m 3 ;
Vзаб - объем заборной емкости от клапана 1 до клапана 2, м3.V zab - the volume of the intake tank from valve 1 to valve 2, m 3 .
Рассчитанная масса Mзаб=M1-M0 РТ безусловно относится к заборному объему Vзаб.The calculated mass M zab = M 1 -M 0 RT certainly refers to the intake volume V zab .
8. На время использования ЕРС по назначению открывают клапан 3 на выходе из приборной емкости.8. For the time of use of the EPC, as intended, open valve 3 at the outlet of the instrument tank.
Если после операции 7 в дальнейшем можно использовать массу M1 по целевому назначению, ее оставляют внутри рабочей системы. БПСД 2 может иметь любое исполнение. Главное, что за ним устанавливается номинальное давление, требуемое для использования емкости рабочей системы по целевому назначению, ниже и выше которого в пределах (4-5)% давление быть не может. В системе коррекции на КА за БПСД функционально следует ДК. Возможными вариантами исполнения БПСД является связка «понижающий редуктор - ресивер» или «клапан(ы) управления - стабилизатор(ы) давления». Встраивая выход из ОМГ в канал на выходе из БПСД, в сеансах целевого расхода РТ будем иметь гарантированное остаточное давление в заборной и приборной емкостях ОМГ, равное номинальному на выходе из БПСД. Это еще - минимальное возможное во всей рабочей системе давление.If after operation 7 in the future you can use the mass M 1 for its intended purpose, it is left inside the working system. BPSD 2 can have any performance. The main thing is that behind it is set the nominal pressure required to use the capacity of the working system for its intended purpose, below and above which there can be no pressure within (4-5)%. In the correction system for spacecraft, BPSD functionally follows DC. Possible BPSD versions are a combination of “reducing gear - receiver” or “control valve (s) - pressure stabilizer (s)”. When embedding the output from the OMG into the channel at the outlet of the BPSD, in sessions of the target flow rate of the RT we will have a guaranteed residual pressure in the intake and instrument capacities of the OMG equal to the nominal pressure at the exit of the BPSD. This is also the minimum pressure possible in the entire working system.
Если по каким-то причинам массу M1 оставлять нерационально, то проводят выравнивание давлений в ОМГ и окружающей среды. Потери РТ в этом случае расчетные и пренебрежимо малые.If for some reason the mass M 1 is left irrationally, then pressure equalization in OMG and the environment is carried out. Losses of RT in this case are calculated and negligible.
Данная операция включает взятую пробу РТ в процесс расходования РТ по целевому назначению, и тогда общий запас РТ в рабочей системе составляетThis operation includes the taken sample of RT in the process of spending the RT for its intended purpose, and then the total reserve of RT in the working system is
Величина (M1-M0) в порядки меньше M и не имеет накопления с течением времени эксплуатации емкости рабочей системы. Наоборот, к концу срока активного существования (САС) она стремится к массе в заборной емкости при равенстве давлений в ЕРС и приборной емкости.The value (M 1 -M 0 ) is orders of magnitude smaller than M and does not have accumulation over time of operating the capacity of the working system. On the contrary, by the end of the period of active existence (CAC) it tends to mass in the intake tank with equal pressures in the EPC and the instrument tank.
Операции 1-3 необходимы также для комплексных проверок качества показаний датчиков температуры и давления при известном номинале остаточного давления в ОМГ.Operations 1-3 are also necessary for comprehensive quality checks of the readings of temperature and pressure sensors at a known nominal residual pressure in OMG.
Запишем уравнение текущих относительных погрешностей:We write the equation of current relative errors:
Благодаря высокой чувствительности датчика давления удается удерживать относительную погрешность определения давления на должном уровне. При давлении в ОМГ (1,5-5)кгс/см2 используют датчик давления с относительной погрешностью 0,1% (например, датчик DMP 331Pi). Датчики температуры имеют абсолютную погрешность (1-2)0. Относительная погрешность датчика температуры в ОМГ не превышает 0,8% для имеющего место в реальной жизни (в том числе - и в космической технике) диапазона измерений температур (243-303)K.Due to the high sensitivity of the pressure sensor, it is possible to keep the relative error in determining the pressure at the proper level. When the pressure in the OMG (1.5-5) kgf / cm 2 use a pressure sensor with a relative error of 0.1% (for example, a DMP 331Pi sensor). Temperature sensors have an absolute error of (1-2) 0 . The relative error of the temperature sensor in OMG does not exceed 0.8% for the temperature measurement range (243-303) K that takes place in real life (including in space technology).
Исходя из уравнения (12), погрешность способа определения остатков РТ - газа в ЕРС не превышает 1% на всем САС, вне зависимости от величины выработки РТ в ЕРС. В абсолютном выражении погрешность способа не превышает М0.Based on equation (12), the error in the method for determining the residues of RT - gas in EPC does not exceed 1% for the entire CAC, regardless of the amount of generation of RT in EPC. In absolute terms, the error of the method does not exceed M 0 .
Изобретение может быть использовано для определения остатков РТ в емкостях систем коррекции и ориентации и стабилизации в течение САС КА и после возможной дозаправки РТ в космосе.The invention can be used to determine the residual RT in the tanks of correction and orientation systems and stabilization during SAS spacecraft and after a possible refueling of RT in space.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132490/28A RU2548590C2 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas mass detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132490/28A RU2548590C2 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas mass detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013132490A RU2013132490A (en) | 2015-01-20 |
| RU2548590C2 true RU2548590C2 (en) | 2015-04-20 |
Family
ID=53280778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013132490/28A RU2548590C2 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas mass detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2548590C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU664044A1 (en) * | 1977-11-16 | 1979-05-25 | Предприятие П/Я Г-4311 | Gas mass measuring device |
| US4487187A (en) * | 1982-12-10 | 1984-12-11 | Don Petro | Electronically controlled fluid floro regulating system |
| RU2156960C2 (en) * | 1998-03-05 | 2000-09-27 | ОАО "Машиностроительная корпорация "Сплав" | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation |
| RU2231758C2 (en) * | 2001-10-08 | 2004-06-27 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Method of determining mass of gas in bottle of fuel system of internal combustion engine |
-
2013
- 2013-07-12 RU RU2013132490/28A patent/RU2548590C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU664044A1 (en) * | 1977-11-16 | 1979-05-25 | Предприятие П/Я Г-4311 | Gas mass measuring device |
| US4487187A (en) * | 1982-12-10 | 1984-12-11 | Don Petro | Electronically controlled fluid floro regulating system |
| RU2156960C2 (en) * | 1998-03-05 | 2000-09-27 | ОАО "Машиностроительная корпорация "Сплав" | Process of measurement of mass, flow rate and volume of gas while it is released from closed vessel and gear for its implementation |
| RU2231758C2 (en) * | 2001-10-08 | 2004-06-27 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Method of determining mass of gas in bottle of fuel system of internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013132490A (en) | 2015-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101606497B1 (en) | Calibration Method for Mass Flow Meter with Imbedded Flow Function | |
| EP3194902B1 (en) | Method and apparatus for determining differential density | |
| CN107941307B (en) | Propellant flow field calibration system and method for conventional large-scale liquid engine | |
| RU2548590C2 (en) | Gas mass detector | |
| CN112197831A (en) | Method for measuring irregular large volume by using gas state change method | |
| JP4329921B2 (en) | Inspection gas mixing apparatus and mixing method | |
| Adefila et al. | Calibration of an averaging pitot tube for gaseous CO 2 flowmetering | |
| RU2656765C1 (en) | Method of gas working medium balances determining in the tanks of the high pressure working system | |
| CN109073152A (en) | Cryogenic liquid delivery system | |
| KR20130005896A (en) | Apparatus for supplying fluid's leak | |
| JP6674646B2 (en) | Calibration device and calibration method | |
| Wright | Performance of critical flow venturis under transient conditions | |
| Doihara et al. | Weighing system with low evaporation error for liquid microflow down to 1 mg/min | |
| JP6342096B1 (en) | Equipment for evaluating gas responsiveness of test specimens | |
| RU2243536C1 (en) | Method of determining gas concentration in liquid | |
| Gowda et al. | The new NIST water flow calibration facility | |
| Humberg | Viscosity measurements of binary gas mixtures and analysis of approaches for the modeling of mixture viscosities | |
| RU2805287C1 (en) | Method for determining the integral leakage from a closed volume | |
| Jönsson et al. | Gas flow measurement of evaporated liquid nanoflows | |
| RU2549582C2 (en) | Ballistic support of spacecraft flight | |
| Shimada et al. | Development of hydrocarbon flow calibration facility as a national standard | |
| Richter et al. | A new apparatus for accurate measurements of the densities of liquefied natural gas (LNG) | |
| Kumar et al. | Range Extension down to 1 mL/h of Micro Liquid Flow Calibration Facility at CSIR-NPL, India | |
| McQueen | Pressure Sensing and Loading Systems for Use with Liquid Hydrogen | |
| RU2383867C1 (en) | Method for measurement of gas flow rate in process of its distribution from closed reservoir |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200713 |