Давление в резервуаре и поток течи: что происходит по мере расхода гелия
Любая течь с внутренним запасом газа — это резервуар с давлением и дозирующий элемент. Пока в резервуаре есть давление, есть и поток; по мере расхода газа давление падает — и поток вместе с ним. Скорость этого процесса и определяет, как часто мере нужна калибровка и на сколько лет хватит заправки.
Как давление задаёт поток
У капиллярной течи в ламинарном режиме поток растёт с давлением заправки нелинейно (примерно как разность квадратов давлений на концах капилляра), в молекулярном — пропорционально давлению. Поэтому капиллярные меры (БГ.63.002.00.000) заправляют до рабочего давления 0,1–1,0 МПа под требуемое значение потока, а в исполнениях с манометром давление можно контролировать прямо по шкале.
У диффузионной меры (Гелит-1, Гелит-2) поток пропорционален давлению гелия внутри баллона (заполнение 6–100 кПа по описанию типа). Дозирующий элемент — кварцевая колба — «пьёт» из этого запаса чрезвычайно медленно.
Арифметика расхода
Оценим по порядку величины: пусть внутренний объём баллона ~0,1 л (10⁻⁴ м³) при давлении 50 кПа — запас газа pV ≈ 5 Па·м³. При потоке 10⁻⁹ Па·м³/с за год (3,15·10⁷ с) уйдёт ~0,03 Па·м³ — 0,6 % запаса. Именно поэтому характеристика «изменение потока за год» у диффузионных мер мала, а межповерочный интервал Гелит-2 (самые малые потоки) вдвое длиннее, чем у Гелит-1: чем меньше поток, тем медленнее расход.
| Параметр | Диффузионная мера | Капиллярная течь |
|---|---|---|
| Типовое давление заправки | 6–100 кПа (гелий) | 0,1–1,0 МПа (рабочий газ) |
| Зависимость потока от давления | ~линейная | нелинейная (режим течения) |
| Снижение потока за год | доли процента – проценты | зависит от потока и объёма резервуара |
| Дозаправка | не предусмотрена | возможна с последующей калибровкой |
Практические выводы
- снижение потока со временем — штатный процесс, его отслеживают по журналу и периодической поверке, а не «чинят»;
- у капиллярной течи с манометром падение давления заметно прямо по прибору — удобный индикатор остатка ресурса;
- резкое (не постепенное) падение потока — признак неисправности: утечки по уплотнению или загрязнения канала, а не расхода газа;
- меры «без резервуара» (КТР) лишены этого эффекта в принципе: их запас — внешний баллон, а поток задаёт редуктор.
