Основное значение имеет погрешность AH /if, зависящая от сил трения в направляющих и в передаточном механизме, а также от неточности отсчета.
Более подробный анализ погрешностей колокольных дифманометров см. в работе [012].
8.3. КОЛОКОЛЬНЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ С ПРУЖИНАМИ
Дифференциальное уравнение перемещения <Школокола с пру жинным уравновешиванием (рис. 83) при изменении перепада давления на величину d(pi - р2) имеет вид
d(Pl ~P2)F = cdH + f(dH - dx)g(рг - p2),
где с — коэффициент жесткости пружины.
Решая его совместно с уравнением равенства объемов
dy (F - s) = dx(<P- F - f) + fdH
и учитывая, что d(pi - р2) = dh (pi - p2) g, dy = dh - dx, получаем уравнение, которое после интегрирования дает зависимость
Р1-Р2 = Я [ с ( Ф - в - Я / ( Ф - в ) +
+ tf/(Pl -р2)][^ -8/>/(Ф -« )Г 1.
Если пренебречь гидростатическим давлением жидкости на стен ки колокола, т. е. положить / = 0, то получим
Рис. 83. Схема одноколо |
Рис. 84. Схема двухколокольного дифманомет |
кольного дифманометра с |
ра с пружинным противодействием |
пружинным противодей |
|
ствием |
|
207
Pl “ P2 = C H / F .
Вдвухколокольном приборе с пружинным уравновешивани ем, схема которого приведена на рис. 84, оба колокола и длины их рычагов следует делать одинаковыми, чтобы угол поворота систе мы ф зависел только от перепада давления р\ - Ръ* но не от абсо
лютных значений р\ и р2. Тогда f\ = f2 = Л F\ = F2 = F; Ф\ - = Ф2 = Ф; sx = s2 = s; гг = r2.
При этом уравнение измерения принимает вид [012]
P l~P 2 = £ (Pi-P 2)sin<p[cro /g(Pi-Р 2)г + Щ]/Ьг>
где
% = [*ЧФ - s) - Л 0 / (Ф - s - / ) ; k2 = № - s )r / (< P - s - f);
го — расстояние от точки вращения системы до точки закрепле ния пружины.
Аналогичное уравнение будет и для одноколокольного дифманометра, колокол которого подвешен на рычаге радиусом г, а противо действующая пружина действует на рычаге радиусом TQ. Различие будет лишь в том, что вместо слагаемого 2k2 будет просто k2.
Если пренебречь гидростатическим давлением жидкости на стен ки колоколов и положить / = 0, то тогда k\ = F и k2 = 0. В этом случае предыдущее уравнение принимает вид
Pl~P2 = сг0 sin<p/Fr.
Погрешность измерения pi - р2 дифманометром, показанным на рис. 83, выражается уравнением
(Тдр = 50[(ДН / Я )2 + (Ас / с)2 +(AF / F)2]0’5,
а для дифманометра, изображенного на рис. 84, — уравнением
ад, =50[(A<p/tg<p)2 +(А с/с)2 +(2Дг0 /г0)2 +(AF/F )2 +(Д г/г)2]0’5,
где Аф, АН, Ас, Агд, AF, Аг — максимальные абсолютные погрешно сти ф, Н, с, г0, F, г.
Основными будут погрешности измерения АН и Аф. Они умень шаются с увеличением F. Температурный коэффициент колоколь ных дифманометров с пружинным уравновешиванием мало отли чается от нуля.
8.4. КОНСТРУКЦИЯ КОЛОКОЛЬНЫХ ДИФМАНОМЕТРОВ
Основной элемент колокольных дифманометров — колокол. Он характеризуется формой, толщиной стенок, степенью устойчи вости, устройством для направления его хода и устройством для
208
Питание |
Выходное напряжение |
-/
.2
-J
Л
-5 -6
Рис. 85. Колокольный дифмано- |
Рис. 86. Схема колокольного дифма- |
метр ДК1 с дифференциально-транс |
нометра ДКОФМ с ферродинамическим |
форматорным преобразователем |
преобразователем |
передачи движения к измерительной части прибора. Наружная форма всех колоколов цилиндрическая. При гидравлическом способе извлечения квадратного корня из перепада давления стен ки колокола и значительно реже плунжер профилируют по опре деленному закону* Во всех остальных случаях они имеют посто янную толщину по высоте. При пружинном и грузовом уравно вешивании стенки изготовляют из листового материала и имеют очень малую толщину. Устойчивость колокола можно повысить, прикрепляя внизу снаружи стенок колокола кольцевой груз или же утолщая нижнюю нерабочую часть колокола. Анализ усло вий устойчивости колокола дан в работе [012]. Если колокол не подвешен на рычаге, то его снабжают роликовыми направляю щими, обеспечивающими вертикальность его хода. В отечествен ных конструкциях колокольных дифманометров передача дви жения колокола осуществляется с помощью электрических пре образователей, сигнал от которых поступает на вторичный изме рительный прибор. Сами же дифманометры не имеют шкал.
209
14 П. П. Кремлевский
На рис. 85 изображен подобный дифманометр типа ДК1 с диф ференциально-трансформаторным преобразователем. Колокол 2, снабженный для устойчивости в нижней части кольцом 5, подве шен на пружине 1. Стержень 3, укрепленный в колоколе, несет на конце сердечник б, движущийся в герметической диамагнитной трубке. Снаружи последней помещена катушка 4, первичная об мотка которой питается от сети переменного тока, а вторичная — соединена с аналогичной обмоткой в катушке вторичного измери тельного прибора. Рабочая жидкость в дифманометре — трансфор маторное масло. Прибор рассчитан на давление 0,25 МПа и Артах» равную 100, 160, 250, 400, 634, 1000 Па. Основная погрешность ±2 % от предела шкалы.
Схема колокольного дифманометра типа ДКОФМ с рычажным подвесом и пружинным уравновешиванием показана на рис. 86. Колокол 7, частично погруженный в трансформаторное масло, подвешен к угловому рычагу 4,нижний конец которого соединен с противодействующей пружиной 1. Давление р\ действует на колокол сверху, а Р2 — снизу. При перемещении колокола пово рачивается рычаг 4 и вместе с ним зубчатый сектор 5, вращаю щий шестеренку 3 и рамку ферродинамического преобразовате ля 2, который связан с аналогичным преобразователем во вто ричном приборе. Сам дифманометр бесшкальный. Для защиты от коррозии пружина 1 и детали передаточного механизма нахо дятся в трансформаторном масле, залитом в верхний бачок 6.
Г л а в а 9
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
9.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Деформационными называются дифманометры, у которых из меряемый перепад давления воспринимается чувствительным эле ментом (одна или несколько упругих или вялых мембран или сильфонов), уравновешивается упругими силами либо самого эле мента при его деформации, либо же дополнительными (чаще всего винтовыми) пружинами и измеряется по деформации этого эле мента.
Деформационные дифманометры появились позже жидкостных. Их распространение вначале сдерживалось несовершенством упру гих свойств мембран и сильфонов и недостаточной надежностью устройств, предохраняющих их от перегрузки. Первый из этих не достатков сказывается на точности показаний прибора и прояв ляется в упругом гистерезисе, обусловливающем разницу в по казаниях прибора при прямом и обратном ходах, и в упругом последействии — невозвращении в исходное положение после снятия нагрузки. Второй недостаток приводит к выходу из строя чувствительного элемента. Но после разработки так называемых дисперсионно-твердеющих сплавов с более совершенными упру гими свойствами и изготовления из них мембран и сильфонов точность деформационных дифманометров существенно улучши лась. Наряду с этим были разработаны устройства, надежно пре дохраняющие мембраны и сильфоны от повреждения при пере грузке. Это обусловило широкое распространение деформацион ных дифманометров взамен жидкостных, которые в настоящее время в значительной степени оказались вытесненными в облас ти средних и высоких перепадов давления.
Достоинства деформационных дифманометров: а) малая масса и, следовательно, малая инерция, обеспечивающая высокую частоту собственных колебаний; б) малое время запаздывания благодаря небольшому измерительному объему; в) отсутствие ртути; г) при годность для работы на транспортных (в частности, судовых) уста новках; д) небольшие габаритные размеры, не зависящие от пере пада давления.
9.2. ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИФМАНОМЕТРОВ
Основные чувствительные элементы деформационных дифма нометров — металлические мембраны и сильфоны. Значительно реже при небольших давлениях применяют вялые мембраны из резины или прорезиненной ткани.
211
14*