УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01L7/18 

Изобретение относится к устройствам для измерения давления газов, в частности к жидкостным манометрам. Известны жидкостные манометры с капиллярной трубкой [1] .

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения давления, содержащее корпус с размещенными на нем датчиком давления, выполненным в виде капилляра с чувствительным элементом на одном конце, частично заполненного манометрической жидкостью, и размещенным параллельно капиллярной трубке манометра жидкостным термометром с жестким резервуаром для помещения одинаковой с жидкостью манометра рабочей жидкости, причем свободные от жидкости части капилляров заглушены и заполнены газом, при этом термометр снабжен одинаковой со шкалой манометра градуированной шкалой для отсчета давления как разности показаний шкал манометра и термометра [2] .

Однако для обеспечения работоспособности данного устройства необходимо равенство объемов приемников давления и температуры, чего достаточно сложно добиться, при этом упругий приемник давления сложен в изготовлении и требует индивидуальной подгонки, а сборка устройства очень трудоемка.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения давления, содержащем манометр с приемником давления и термокомпенсатор в виде жидкостного термометра, закрепленного параллельно капиллярной трубке манометра и снабженного одинаковой со шкалой манометра градуированной шкалой для отсчета давления как разности показаний шкал манометра и термометра, согласно изобретению, в качестве манометра используют капилляр, закрытый с одного конца, со столбиком жидкости и полостью, заполненной газом между ним и закрытым концом, причем функцию приемника давления заполняет газ, находящийся в полости, а объем полости таков, что уровень столбика жидкости манометра изменяется при изменении температуры на ту же величину, что и уровень столбика жидкости термометра.

В основе работы данного устройства лежит уравнение состояния идеального газа:
PV = (m/M) RT, (1) где M - молярная масса;
P - давление газа;
V - объем газа массы m;
R - универсальная газовая постоянная;
T - температура газа.

Пусть T_о - среднее значение температуры рабочего диапазона;
V_о - среднее значение объема рабочего диапазона, тогда
P_оV_о = RT_о (2)
После почлененного деления уравнений (1) на (2) получаем
(P/P₀)×(V/V₀)= T/T₀ (3) Обозначим Δ P = P-P_о,
Δ V = V-V_о,
Δ T = T-T_о; подставляем в уравнение (3) и, пренебрегая членами высших порядков, получаем
ΔV/V₀= ΔT/T₀-ΔP/P₀.
Показания термометра пропорциональны ΔT/T₀; показания манометра пропорциональны члену (ΔT/T₀-ΔP/P₀), а разность их показаний пропорциональна ΔP/P₀ , что позволяет измерять давление P.

Для обеспечения возможности измерений величин ΔT/T₀ и ΔV/V₀ по одной и той же шкале необходимо, чтобы уровень столбика жидкости манометра изменялся при изменении температуры на ту же величину, что и уровень столбика жидкости термометра, что достигается соответствующим выбором величины объема V_о.

На чертеже представлено устройство для измерения давления, где 1 - капилляр манометра, 2 - столбик жидкости, 3 - объем, заполненный газом, 4 - жидкостный термометр, 5 - шкала, 6 - корпус. Величину объема V_о определяют следующим образом. Воспользуемся законом Гей-Люссака V = V_о(1 + α (T-T_о), где α- коэффициент объемного расширения газа при давлении Pо. После преобразований получаем ΔV/V₀= V-V₀/V₀= α(T-T₀), откуда V = V= ΔV/α(T-T₀) .

При изменении температуры на величину, , вызывающую изменение показаний прибора на одно деление (цена деления шкалы δ , приращение объема ΔV равно
ΔV = S˙L, где S - диаметр капилляра манометра;
L - шаг деления шкалы, окончательно получаем
V_о = (S·L)/(α·δ). При давлении P = P_о уровни столбиков жидкости манометра и термометра должны совпадать и величину давления определяют по разности показаний термометра и манометра с использованием таблицы.

Изготовленное авторами устройство представляет собой термометр ТУ25-1102013-82, на шкале которого установлена капиллярная трубка (собственно манометр), заполняя с одного конца и содержащая в качестве жидкости масло смазочное бытовое ТУ6-15-691-77, причем полость между столбиком масла и запаянным концом капилляра заполнена атмосферным воздухом. Значение величины P_о составляет 760 мм рт. ст. T_о-21^оС. Значение абсолютного давления вычисляется с использованием таблицы по разнице показаний термометра и манометра. Проведенные испытания показали совпадение показаний устройства с показаниями контрольных приборов.

Таким образом, данное устройство характеризуется простотой конструкции и изготовления. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 120023, кл. G 01 L 21/04, 1958.

2. Авторское свидетельство СССР N 78218, кл. G 01 L 7/18, 1948.

Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: на основании параллельно друг другу установлены манометр 1 и термометр 4, выполненные в виде капиллярных трубок. Под действием давления находящийся в манометре газ перемещает столбик рабочей жидкости 2 на определенную величину, являющуюся мерой давления. Значение абсолютного давления вычисляется с использованием таблицы по разнице показаний термометра и манометра. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее основание, установленные на нем параллельно друг другу манометр, выполненный в виде капиллярной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью, и термометр, выполненный в виде капиллярной трубки, запаянной с двух концов и частично заполненной рабочей жидкостью, при этом капиллярные трубки снабжены градуированными шкалами, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, в нем верхний конец капиллярной трубки манометра выполнен открытым, а нижний ее конец запаян и заполнен газом.