6-7° не рекомендуется вследствие сильного возрастания погреш ности измерения. Манометрической жидкостью здесь обычно слу жит этиловый спирт. Отношение f/F в большинстве случаев из меняется в пределах от 1/400 до 1/700. Рассматриваемые дифманометры могут быть не только с постоянным, но и с переменным углом наклона трубки, что позволяет повышать чувствительность дифманометра с уменьшением предела измерения.
Известна конструкция однотрубного дифманометра [010], у ко торого нижняя часть трубки наклонная, а верхняя — вертикаль ная. Это позволяет иметь большой верхний предел измерения и сохранить точность измерения малых перепадов давления.
Предложены также однотрубные дифманометры, имеющие кри волинейную трубку, переменная кривизна которой рассчитана так, чтобы получить шкалу, пропорциональную расходу.
7.6. П-ОБРАЗНЫБ ДИФМАНОМЕТРЫ
П-образными называют жидкостные дифманометры с видимым уровнем, имеющие форму П-образной трубки. Они разделяются на двухтрубные и однотрубные (рис. 75). При частично открытом вентиле S измеряемая жидкость устанавливается на нулевой от метке шкалы. Выше нулевого уровня остается воздух. При воз никновении перепада давления Ар жидкость в колене, соединен ном с давлением plf поднимается, а в другом колене опускается, образуя столб высотой Л, давление которого уравновешивает изме ряемый перепад Ар. Давления Pi и р2 в двухтрубном приборе (рис. 75,а) подводят через вентили 1 и 5 в камеры 2 и 4, каждая из которых имеет объем VKJопределяемый уравнением
~ VT (Ртах “ 2ро)/4ро,
Рис. 75. Схемы П-образного дифма нометра: а — двухтрубного; б — од
нотрубного
где VT — общий объем трубок дифманометра;рщах — максималь ное значение давления р\\ ро — атмосферное давление.
Уравнение равновесия в этом случае то же, что и для U-образ- ного или двухтрубного дифмано метра, в котором Pi и Р2 — плот ности измеряемой жидкости и воз духа соответственно. В двухтруб ном П-образном дифманометре надо производить отсчет высоты столба Л по двум уровням. Дру гой его недостаток — значитель ные колебания нулевых уровней при изменении давления измеря-
192
емой жидкости. Для исключения этого недостатка предложено за полнять верхнюю часть дифманометра вместо воздуха какой-либо жидкостью, более легкой, чем измеряемая. Лучшее решение — применение однотрубного П-образного дифманометра вместо двухтрубного. У него (рис. 75, б) левое колено заменено широким сосудом 2, через который проходит нулевой уровень. Подъем жид кости до этого уровня производится с помощью правильно выбран ных объемов камер 1 и 4 и вентиля 3. Уравнения равновесия одно трубных дифманометров П-образного и U-образного типов совпада ют. Также совпадают и формулы для определения погрешностей.
Основное применение П-образных дифманометров — измерение расхода воды и реже других жидкостей. Их чувствительность зна чительно выше, чем у U-образных дифманометров, если в качестве манометрической жидкости в последних применяется ртуть. Для дальнейшего увеличения чувствительности верхнюю часть П-об разного дифманометра заполняют [1] не воздухом, а жидкостью более легкой (например, керосином), чем измеряемая (обычно вода).
7.7. ДВУХЖИДКОСТНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
Данные дифманометры состоят из U-образной трубки, имею щей на верхних концах широкие сосуды, в которые подаются давления р\ и р2* Более тяжелая жидкость заполняет один из сосудов и U-образную трубку до нулевой отметки в ее измери тельном колене. Выше этой отметки находится более легкая жидкость, заполняющая второй сосуд. Если давление подается в этот сосуд, то нулевая отметка располагается вверху измеритель ного колена, в противном случае — внизу. Уравнение измерения двухжидкостного дифманометра имеет вид
Pi - Рг = hg[p i(i+ f / fi) - p2(l + f / *2)].
где P i и p2 — плотности тяжелой и легкой манометрической жид кости соответственно; f — площадь трубки; и Е2 — площади верхних сосудов.
Если Fi = Ё2 >:> /* то это уравнение приобретает вид
Р\ - Р2= № (Pi ~ Р2>*
Следовательно, чувствительность прибора возрастает с умень шением разности (pi - р2). Стремятся эту разность делать неболь шой, но для предупреждения смещения жидкостей и сохранения четкого мениска надо, чтобы (pi - р2) > (0,01*0,05) г/см3.
Температурная погрешность у двухжидкостного дифманометра вследствие малой величины (Pi - Р2) может быть много больше, чем у одножидкостного прибора. Ее можно уменьшить, если одну из жидкостей (обычно, тяжелую) составлять в виде тройной смеси. Хорошие результаты получены при смеси спирта, воды и анили-
193
13 П . П . Кремлевский
на или этилового спирта, бензолового спирта и воды при приме нении керосина в качестве легкой жидкости [012].
Для повышения чувствительности в работе [4] предложены дифманометры с двумя линиями раздела. Тяжелая жидкость за лита до середины высоты U-образной трубки, а ее верхняя часть и сосуды залиты легкой жидкостью.
Условно к двухжидкостным приборам можно отнести дифманометр с каплей или пузырьком воздуха [2], обладающей высокой чувствительностью. Все двухжидкостные приборы служат лишь для измерения перепада давления газа.
7.8.ЖИДКОСТНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
СЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЪЕМОМ СИГНАЛА
Вэтих приборах манометрическая жидкость (ртуть), уравно вешивающая измеряемый перепад давления, одновременно служит элементом преобразователя кондуктивного или индуктивного типа, создающего сигнал, который соответствует высоте столба ртути.
Схемы преобразователей кондуктивного типа показаны на рис. 76. Первый из них (рис. 76, а) — преобразователь проволоч ного типа. В его минусовом колене 1 укреплена (припаяна к стеклу) проволочка 2. Напряжение от источника питания пода ется к верхнему концу ее и к ртути, залитой в дифманометр. Сопротивление проволочки, включенной в мостовую схему, меня ется по мере увеличения измеряемого перепада давления и подъе ма ртути в колене 1. При эксплуатации прибора надо предотвра щать окисление проволоки и ртути, растворение материала про волоки в ртути и прилипание последней к проволоке и стенкам трубки. Проволока из платины или платиново-иридиевая [6] ус тойчива к коррозии, но после нескольких месяцев работы ее по верхность амальгамируется из-за высокой растворимости плати ны в ртути. В результате сопротивление проволоки меняется.
Всвязи с этим предпочтительнее [10] применять проволоку из вольфрама или молибдена. Для предотвращения окисления рту ти полезно изолировать ее от соприкосновения с измеряемым веществом (влажным воздухом, водой и т. п.) слоем нейтраль ной жидкости. Во избежание прилипания и зависания ртути про волоку надо располагать по оси трубки, имеющей не слишком малый диаметр. Диаметр же проволоки берут около 0,05 мм,
стем чтобы иметь достаточное значение ее омического сопротив ления. Подобные дифманометры (рис. 76, а) применяют главным образом при исследовательских и лабораторных работах.
На рис. 76, б изображена схема дифманометра с реостатным преобразователем секционированного типа. В колене этого при бора 1 на разной высоте расположены концы проволоки, припа-
194
янные к различным точкам сопро |
|
|
тивления 2, которое выполнено в виде |
|
|
секционированного реостата. Послед |
|
|
ний располагают либо снаружи, либо |
|
|
внутри колена 1, но только выше мак |
|
|
симального уровня ртути. К ртути и |
|
|
к верхнему концу сопротивления 2 по |
|
|
дается напряжение. По мере увели |
|
|
чения перепада давления ртуть, под |
|
|
нимаясь в колене i, последовательно |
Рис. 76. Схемы дифманометров |
|
шунтирует секции реостата, т. е. осу |
с электрическим съемом поло |
|
ществляется не непрерывная, а сту |
жения уровня: а — с проволоч |
|
пенчатая работа преобразователя. |
ным преобразователем; б — |
|
В этом недостаток данной схемы. |
с реостатным секционирован |
|
ным преобразователем |
||
Кроме того, реостатный преобразова |
||
|
тель конструктивно сложнее проволочного, но зато более наде жен и стабилен. Дифманометры с реостатными преобразователя ми изготовлялись рядом зарубежных фирм для работы в произ водственных условиях на давления до 35 МПа и при предельных перепадах 5 •103 - 7 •104 Па. Шкалу измерительного прибора можно получить пропорциональной расходу, подбирая надлежа щим образом сопротивления отдельных секций реостата либо располагая контакты в колене 1 на расстояниях, возрастающих по квадратическому закону [9].
Водном приборе [5] реостат состоял из 91 секции, которые были намотаны на три концентрические катушки, помещенные
вмасло в верхней части минусового колена. От каждой секции вниз проходил стержень из коррозионно-стойкой стали. Длины стержней были различны; этим достигалось последовательное за мыкание их при подъеме ртути.
Вдругом приборе [91] в стеклянную трубку однотрубного дифманометра были впаяны контакты от 38 секций реостата. При бор был рассчитан на давление до 6,5 МПа.
Несмотря на некоторые преимущества этих приборов — воз можность применения типовых электрических счетчиков в каче стве интеграторов и удобство построения схем с автоматической коррекцией на изменение плотности вещества, они широкого рас пространения не получили.
Еще реже применяли дифманометры не с реостатным, а с ин дуктивным преобразователем. В этом приборе [8] в минусовом колене помещается Ш-образный железный сердечник трансфор матора, на средний стержень которого надета хорошо изолиро ванная катушка, питаемая переменным током. Ртуть при подъе ме в минусовом колене окружает сердечник, образуя короткозамкнутый виток вторичной обмотки. В результате индуктивное сопротивление катушки (первичной обмотки) уменьшается, и ток в ней, являющийся выходным сигналом, возрастает. Работа ин дуктивного преобразователя не ступенчатая, а непрерывная.
13* 195
7.9. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОПЛАВКОВЫХ ДИФМАНОМБГРОВ
Поплавковыми называются жидкостные дифманометры с не подвижными коленами, у которых измеряемый перепад давления уравновешивается столбом манометрической жидкости, а измеря ется перемещением поплавка, находящегося в одном из колен диф-
манометра (рис. 77).
Обозначив через Н ход поплавка, кото рый равен перемещению уровня жидкости в поплавковом сосуде, черед D и d — диа метры поплавкового и непоплавкового со судов соответственно, получим уравнение измерения поплавкового дифманометра с цилиндрическими коленами:
Pi ~ Р2 = Д ? (Pi ~ Р2) (1 + D2/d2).
|
Для перехода на другой предел измере |
|
|
ния (при неизменных ходе поплавка Н и |
|
|
диаметре D) меняют диаметр d. В связи |
|
|
с этим соответствующее колено или сосуд |
|
|
обычно называют сменным. Равенство пе |
|
|
реместившихся объемов дает уравнение для |
|
Рис. 77. Схема поплав |
определения d |
|
d = D ^ H / (h -H ). |
||
кового дифманометра с |
||
цилиндрическими коле |
Из этого уравнения следует, что чем |
|
нами: |
||
I — механизм, передающий |
больше А, т. е. чем больше предел измере |
|
движение от поплавка 3 к |
ния Артах, тем меньше d. Отечественные |
|
стрелке прибора 2; 4 — ми |
поплавковые дифманометры при ртутном |
|
нусовый поплавковый сосуд; |
заполнении имеют семь сменных сосудов |
|
5 — плюсовой сосуд |
||
|
на Артах, равный 6,3, 10, 16, 25, 40, 63 и |
100 кПа. Предельные давления имеют значения 6,3, 25 и 40 МПа. Диаметр D поплавкового сосуда немного больше диаметра поплав ка Dn « 78 мм, который должен быть достаточным для получения необходимой перестановочной силы. Ход поплавка в отечествен ных дифманометрах 30-35 мм. Значительно реже встречаются по плавковые дифманометры не с ртутным, а с масляным заполнени ем для измерения малых Артах ОТ 0,04 до 4 кПа, у которых диаметр поплавка Dn « 160 мм, а предельное давление составляет 0,25 МПа.
В течение многих лет основными выпускаемыми дифманометрами были именно поплавковые, отличающиеся надежностью в работе и стабильностью показаний.
7.10. ПОГРЕШНОСТЬ ПОПЛАВКОВОГО ДИФМАНОМЕТРА
Выражение для средней квадратической погрешности поплавко вого дифманометра с цилиндрическими коленами такое же, как и у однотрубных жидкостных дифманометров с видимым уровнем.
196