Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Г л а в а 8

КОЛОКОЛЬНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

8.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Колокольный дифманометр состоит из одного колокола (реже двух, подвешенных на коромысле), частично погруженного в жид­ кость и перемещающегося под влиянием измеряемой разности дав­ лений. Давление р\ подается обычно внутрь колокола, а давление р2 — снаружи, но встречается и обратная подача давлений. При двух колоколах давление р\ подается под один колокол, а давле­ ние Р2 — под другой.

Взависимости от характера противодействующей силы коло­ кольные дифманометры могут быть с гидравлическим, пружинным или с грузовым уравновешиванием.

Дифманометр с гидравлическим уравновешиванием показан на рис. 81, а. В нем уравновешивание измеряемого перепада давле­ ния достигается за счет уменьшения гидростатического давления жидкости на колокол при его подъеме. Для этого дифманометр должен иметь толстое стенки, а иногда и плунжер посередине, чтобы обеспечить большую площадь поперечного сечения час­ тей, погружаемых в жидкость. На рис. 81, а и б изображены диф­ манометры с цилиндрическими стенками с плунжером и без него. Для уменьшения количества заливаемой жидкости (ртути) иног­ да (рис. 81, в) в дне сосуда внутри колокола размещают вставку. На рис. 81, г показан двухжидкостной колокол, у которого тонкие стенки погружены в легкую жидкость (воду или масло), а цилинд­ рический плунжер — в тяжелую (ртуть). Для получения хода ко­ локола, пропорционального расходу, профилируют необходимым образом стенки колокола (рис. 81, д) или его плунжер (рис. 81, е).

Вдифманометрах с пружинным уравновешиванием противо­ действующая сила создается за счет деформации пружины, которая приложена или к центру колокола (как показано на рис. 81, ж), или же к рычагу, на котором подвешен колокол.

Вдифманометрах с грузовым уравновешиванием противодей­ ствующий момент создается грузом, воздействующим на рычаг,

ккоторому подвешен один (рис. 81, з) или два колокола (рис. 81, и). У дифманометров с пружинным и грузовым уравновешивани­ ем стенки колоколов тонкие и изменением гидростатического давления при перемещении колоколов здесь можно пренебречь.

Колокольные дифманометры отличаются высокой чувствитель­ ностью, которая тем выше, чем больше площадь дна колокола. Ход колокола может быть во много раз больше разности уровней жидкости снаружи и внутри колокола. Для сравнения у поплав­ ковых дифманометров ход поплавка Н всегда меньше разности уровней h манометрической жидкости в минусовом и плюсовом

коленах. В связи с этим колокольные дифманометры применяют

203

Рис. 81. Схемы колокольных дифманометров

главным образом для измерения небольших перепадов давления (обычно в пределах 100-1000 Па), в частности для измерения расхо­ да газа при незначительном избыточном давлении (0,06-0,25 МПа). Они весьма удобны также для измерения и регулирования давле­ ния в мартеновских, стеклоплавильных и других печах.

Рабочая жидкость в колокольном дифманометре не должна по­ глощать влагу из газа или иметь склонность к испарению. Целесо­ образно применение различных масел (особенно парафинистых).

8.2.КОЛОКОЛЬНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ

СГИДРАВЛИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ

Выведем уравнение измерения для наиболее общего случая двух­ жидкостного дифманометра, у которого как стенки, так и плунжер имеют переменное сечение по высоте. На рис. 82 линии а—а, Ъ—b и с—с показывают положение уровней жидкости внутри колокола,

204

снаружи его и внутри малого сосуда при перепаде давления (jPl—Р2)» а линии ах—а\у Ь\— &1 и С\—ci — те же уровни после увеличения перепада на d (pi~ Р2)> Введем обозначе­ ния: FHи F — площадь коло­ кола (наружная и внутренняя соответственно); Fx и fx — внутренняя площадь колоко­ ла и его стенок в сечении а—а соответственно; /о — площадь поперечного сечения стенок колокола в верхней цилиндри­ ческой части; / 1х — площадь плунжера в сечении с—с; Ф — площадь большого сосуда; s и /2 — наружная и внутрен­ няя площади малого сосуда; рл, рл, р — плотность жидко­ сти легкой в большом сосуде,

тяжелой в малом сосуде и среды, находящейся над обеими жид­ костями; h — разность уровней легкой жидкости снаружи и внут­ ри колокола.

Решая совместно уравнение равновесия колокола

d(pi - p2)FH= (dH + dy)fxg(рл - p) + (dH + dz)flxg(pr - p) с уравнениями равенства объемов

dy(Fx - s) = dHfx + d x (0 - FH);

dz(f2 - f i x) = dHfXx

и учитывая, что

d(Pi - Р2) = dhgifin - р); dh = dx + dy,

получим основные уравнения для колокольных дифманометров:

d (p i-p 2) = g(pn -p )x

205

Исходя из этих формул найдем уравнения измерения для раз­ личных колокольных дифманометров.

Для дифманометра, показанного на рис. 81, а, имеем: f\x = 0; s = 0; Fx = F; fx = Д>. Подставляя эти соотношения в уравнение (83) и интегрируя его, а также имея в виду, что F H / Q — постоян­ ные величины, получим

Р\~ Р2 ~Hfog (Рл “ P)/F-

Отсюда следует, что Я = hF/f$.

Увеличивая отношение F/fo» можно достичь очень высокой чув­ ствительности дифманометра. Из уравнения (85) следует, что х = 0. Следовательно, вся жидкость, опустившаяся внутри колоко­ ла, идет на возмещение объема, освобождаемого стенками колокола при его подъеме.

Полученные уравнения и выводы остаются справедливыми и для дифманометра, изображенного на рис. 81, б, если под /о пони­ мать площадь поперечного сечения не только стенок колокола, но и его плунжера. Последний обычно изготовляют пустотелым и применяют в случаях, когда плотность жидкости меньше плотнос­ ти материала стенок.

Для дифманометра, показанного на рис. 81, б, имеем: f\x - 0; Fx = F; fx = /о- Подставляя эти значения в уравнение (83) и интег­ рируя его с учетом того, что F H / Q — постоянные величины, полу­

При увеличении размера вставки s уменьшается количество заливаемой жидкости (ртути), но одновременно уменьшается от­ ношение H/hy т. е. чувствительность прибора.

Уравнение (85) дает: х = -sh/(<P - з) и у - ЛФ/(Ф - з). Следова­ тельно, здесь одновременно с опусканием жидкости внутри коло­ кола опускается жидкость и снаружи, но на меньшее значение, равное h.

Более подробно о колокольных дифманометрах с ходом коло­ кола, пропорциональным расходу, см. в работе [012], где даны формулы для одножидкостного и двухжидкостного дифманометров

206