Все перечисленные разновидности жидкостных и деформаци онных дифманометров могут быть компенсационными.
Жидкостные дифманометры обладают высокой точностью и на дежностью действия, но они инерционны, и во многих из них
вкачестве манометрической жидкости применяется ртуть; при этом требуется соблюдение особых правил техники безопасности, что осложняет эксплуатацию этих дифманометров.
Деформационные дифманометры малоинерционны, и для них не требуется ртуть, но их показания зависят от степени совер шенства упругих свойств мембран или сильфонов, а при недоста точной надежности предохранительных устройств возможно их повреждение при перегрузке. Отмеченные недостатки долго сдер живали распространение деформационных дифманометров. Те перь эти недостатки в значительной степени преодолены, и эти приборы стали широко применяться, вытеснив в большинстве случаев производственной практики жидкостные дифманометры
вобласти средних и больших перепадов давления. Но и в облас ти малых перепадов давления они могут конкурировать с коло кольными и кольцевыми дифманометрами жидкостной системы. Кроме того, жидкостные приборы широко применяют в качестве образцовых и контрольных.
7.2.ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИДКОСТНЫХ ДИФМАНОМЕТРОВ
СВИДИМЫМ УРОВНЕМ
Эти дифманометры состоят из двух трубок или сосудов, сообща ющихся между собой и заполненных манометрической жидкостью до нулевой отметки шкалы. Высоту столба манометрической жид кости, а также высоту подъема одного из сосудов в приборах ком пенсационного типа измеряют визуально. В некоторых случаях (в многотрубных дифманометрах) осуществляют последователь ное соединение нескольких трубок. В основном применяют диф манометры с одной манометрической жидкостью, подразделяю щиеся на U-образные (основные приборы) и П-образные, но для измерения малых перепадов давления существуют приборы и с двумя манометрическими жидкостями.
Имеется большое разнообразие приборов, работающих на принци пе U-образной трубки, в том числе двухтрубные, многотрубные, одно трубные с наклонной трубкой и компенсационные дифманометры. Предельный перепад, измеряемый двухтрубными и однотрубными дифманометрами, обычно равен 10,6 •104 Па (800 мм рт. ст.). У многотрубных же дифманометров он не ограничен, но они при меняются очень редко. Приборы с наклонной трубкой служат для измерения малых перепадов давления. Для П-образных диф манометров не требуется манометрическая жидкость. Ею служит сама измеряемая среда — обычно вода. Их предел измерения 6000-8000 Па (600-800 мм вод. ст.).
187
|
|
|
Т а б л и ц а 27 |
||
Свойства манометрических жидкостей при %= 20 °С |
|
||||
|
|
|
|
Температур-' |
|
|
|
Поверхност |
Капиллярная |
ный |
|
|
Плотность, |
ное |
коэффициент |
||
Жидкость |
постоянная |
||||
г/см3 |
натяжение |
объемного |
|||
|
х10"4, см2 |
||||
|
|
о ■103, Н /м |
расширения |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
р - 103 |
|
Этиловый спирт 100%-ный |
0,789 |
22,27 |
0,0575 |
0,86 |
|
Керосин |
0,83 |
26,1 |
0,965 |
0,73 |
|
Толуол |
0,867 |
28,6 |
0,0674 |
0,91 |
|
Бензол |
0,879 |
28,86 |
0,0668 |
1,06 |
|
Вода |
0,9982 |
72,75 |
0,1488 |
0,206 |
|
Бромбензол |
1,484 |
36,26 |
0,048 |
1,34 |
|
Четыреххлористый углерод |
1,594 |
26,66 |
0,034 |
1,31 |
|
Бромоформ |
2,88 |
41,53 |
0.0297 |
- |
|
Ацетилентетрабромид |
2,96 |
42,67 |
- |
- |
|
Ртуть |
13,546 |
491 |
0,074 |
0,181 |
|
Достоинства рассматриваемых приборов — простота устройства и высокая точность. Погрешность измерения обычно не превосхо дит ±0,5-1 % , а в случае применения оптического отсчета положе ния уровня она может быть снижена еще в 10 раз. Наименьшая абсолютная погрешность ±0,2 Па (±0,02 мм вод. ст.) достигается у компенсационных микродифманометров, обычно неправильно называемых микроманометрами. К недостаткам жидкостных дифманометров с видимым уровнем относятся: только визуальный характер показаний приборов, хрупкость стеклянных частей и ма лая наглядность шкалы, затрудняющая отсчет показаний.
Данные приборы применяют в качестве образцовых (например, прибор Петрова) при поверке и градуировке, а также в качестве контрольных при промышленных испытаниях и различных иссле довательских работах. Они переносные и не приспособлены для щитового монтажа.
Свойства манометрических жидкостей (плотность, поверхност ное натяжение, коэффициент объемного расширения) значительно влияют на характеристики рассматриваемых приборов. В одно- и двухтрубных дифманометрах применяют преимущественно ртуть и воду, а в приборах с наклонной трубкой — спирт. Свойства некоторых манометрических жидкостей приведены в табл. 27.
Плотностью манометрической жидкости определяется верхний предел измерения, коэффициентом объемного расширения Р — тем пературная погрешность, а поверхностным натяжением и капил лярной постоянной — погрешность от влияния капиллярных сил. Вода и ртуть имеют небольшие коэффициенты Р, но у них повы шенные значения поверхностного натяжения и капиллярной по стоянной. Вводить поправку на температурное расширение легко, зная коэффициент р и температуру жидкости. Сложнее вводить поправку на капиллярный подъем (вогнутый мениск) или опуска
188
ние (выпуклый мениск) жидкости, потому что она зависит не толь ко от диаметра, но и от чистоты внутренней поверхности трубок. Подробнее о жидкостных дифманометрах см. в работе [3].
7.3. ДВУХТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
Простейший представитель жидкостных дифманометров с ви димым уровнем — это стеклянная U-образная трубка, заполнен ная до середины манометрической жидкостью и снабженная шка лой. Но она применима лишь при очень небольших давлениях измеряемой среды. Чтобы сделать ее пригодной для измерения
значительных давлений, надо взять две |
|
||
толстостенные стеклянные трубки и ук |
|
||
репить их в металлических блоках. По |
|
||
добный дифманометр получил название |
|
||
двухтрубного. Конструкция его показа |
|
||
на на рис. 73. На доске 2 укреплены |
|
||
стальной блока 1 с внутренним каналом, |
1213 |
||
шкала 3 (длиной 700-800 мм) и верхний |
|||
|
|||
блок 12. С помощью накидных гаек и |
|
||
резиновых уплотнений две толстостен |
|
||
ные стеклянные трубки 4 закрепляются |
|
||
внизу в блоке 1 и вверху в ртутеулавли |
|
||
вающих камерах 5, в которых находятся |
|
||
короткие металлические трубки 14, яв |
|
||
ляющиеся продолжением трубок 4. При |
|
||
чрезмерном возрастании перепада дав |
|
||
ления ртуть выбрасывается в камеру 5, |
|
||
вытекает из отверстий 7, имеющихся у |
|
||
трубок 14, и через отверстия 6 вновь по |
|
||
ступает в трубки 4. Вентили 8 и 13 слу |
|
||
жат для присоединения импульсных тру |
|
||
бок, а вентили 9 и 11 для продувки. Ма |
|
||
нометр 10 измеряет давление р\. Запол |
|
||
нение ртутью и слив ее производится |
|
||
через ниппель 16, запираемый конусным |
|
||
клапаном 15. |
|
|
|
Уравнение измерения дифманометра |
|
||
имеет вид |
|
|
|
Ь р = Р \ - P2 = hg (Рх - |
р2), |
|
|
где А — разность уровней манометричес |
|
||
кой жидкости в трубках; Pi и р2 — плот |
|
||
ности манометрической жидкости и ве |
|
||
щества, находящегося над ней. |
|
||
Из уравнения следует, что |
|
Рис. 73. Двухтрубный диф |
|
Л = Дp/g (Рх - Р2). |
|
||
|
манометр |
||
189
Средняя квадратическая погрешность Одр (% ) определяется уравнением
ад, = 50[(ЛЛ / Л2) + (др? + Др|) / (Pl - р2)2 + (А^ / g)2J0’5,
где ДЛ, Др1, Др2, Ag — максимальные погрешности определения Л,
Pl» Р2» ё-
Погрешность Ah — основная составляющая погрешности стдр, зависящая главным образом от неточности отсчета и, кроме того, от неточности градуировки шкалы, влияния поверхностного натя жения, невертикальности прибора и температурного изменения дли ны шкалы. Оценив неточность отсчета каждого из двух уровней в ±0,5 мм, получим общую погрешность от неточности отсчета, равную ±1 мм. Так как обе трубки имеют равные или близкие диаметры, то погрешностью от поверхностного натяжения можно пренебречь. Остальные погрешности также пренебрежимо малы и в сумме составят не более чем ±(0,1+0,2) мм.
Плотности ртути и воды известны с высокой степенью точнос ти. В связи с этим погрешностями Api и Др2 можно пренебречь. Для других жидкостей эти погрешности будут зависеть от точнос ти табличных данных или от точности непосредственного опреде ления плотности. Обычно эти погрешности в сумме не превосхо дят 0,1 % . Погрешность Ag также пренебрежимо мала. Таким образом, при достаточно больших высотах h погрешность измере ния стдр будет незначительной, т. е. порядка ±(0,1+0,3) % .
Температурная погрешность 6* (% ) и температурный коэффици ент at (% ) дифманометра определяются [012] формулами:
б, = 100 (Pi - a) (f - tr);
at = 100 (р! - а),
где t и tr — температуры дифманометра и градуирования соответ ственно; Pi — коэффициент объемного расширения манометри ческой жидкости; а — коэффициент линейного расширения шка лы прибора.
Обычные двухтрубные дифманометры, пригодные для давле ний до 4 -6 МПа, имеют трубки с внутренним диаметром 3 -4 мм и наружным — 8-11 мм. В конструкциях, рассчитанных на вы сокое давление 20-25 МПа, для предупреждения чрезмерного про дольного изгиба уменьшают свободную длину трубок посредством создания опоры в одной или двух точках.
7.4. ОДНОТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
При отсчете двух уровней в двухтрубном дифманометре удваи вается погрешность от неточности отсчета и удлиняется процесс измерения. Последнее обстоятельство существенно при измерении
190
быстро меняющихся расходов. Этих недостат ков нет у однотрубного дифманометра, в кото ром плюсовая трубка заменена сосудом боль шого диаметра и отсчет производится только по уровню в одной трубке (рис. 74).
Исходя из очевидного равенства Fh\ = Hf\, где F H / — площади поперечного сечения со суда и трубки, получим основное уравнение од нотрубного дифманометра
Я = Ap/g (Р! - р2) (1 + d2/D2), (82)
где d и D — диаметры трубки и сосуда соот ветственно.
Средняя квадратическая погрешность о&р определяется уравнением
оДр = 5о{(ДЯ / Я )2 +(др? + Др|)/(Pi - р2)2 +
О5
+ [Af/(f + F )f + [fAF/F(f + F )f + (Ag/g)z j ’ ,
Р2
Рис. 74. Схема одно трубного дифмано метра:
О— 0 — нулевой уровень манометрической ж ид кости; D и d — диамет ры широкого сосуда и трубки соответственно
где ДЯ, Api, Др2, Д/, AF, Дg — максимальные погрешности//, pj, Р2,
Влияние Д/ и AF на аДр ничтожно мало, если учесть, что f/F < <0,01. Влияние Дрх, ДР2, Д# так же, как и в двухтрубном дифманометре, весьма невелико. Решающим будет влияние ДЯ. Хотя составляющая ДЯ, обусловленная действием капиллярных сил, в данном случае больше, чем в двухтрубном дифманометре, но погрешность их неточности отсчета вдвое меньше. В результате точность измерения Др в однотрубном дифманометре будет выше. Температурная погрешность 8* и температурный коэффициент а* однотрубного дифманометра определяют по тем же формулам, что и для двухтрубного прибора.
7.5. ОДНОТРУБНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ С НАКЛОННОЙ ТРУБКОЙ
Эти дифманометры применяют для измерения малых перепадов давления, не превышающих 1000 Па (100 мм вод. ст.), когда диф манометры с вертикальными трубками не могут обеспечить высо кую точность измерения.
Перемещение манометрической жидкости п по оси наклонной трубки (вдоль шкалы) связано с проекцией этого перемещения на вертикаль Я с углом наклона трубки (X зависимостью
п = Hsin а.
Здесь Я определяют по уравнению (82). Чем меньше угол а, тем выше чувствительность дифманометра. Но иметь а меньше
191