Устройство для определения плотности воздуха Советский патент 1984 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при научных исследованиях и в метрологической практике для определения плотности воздуха.

Известно устройство, которое содержит весы с электронной схемой уравновешивания, полый шар, подвешенный к одному плечу коромысла весов, и герметичный кожух, в котором размещены весы. Вначале с помощью вакуумного насоса из кожуха весо. откачивают воздух, с помощью электронной схемы производят уравновешивание весов, т.е. производится тарирование весов при отсутствии действия на польки шар аэростатической силы. Затем отсоединяют вакуумный насос и запускают в кожух исследуемый газ. За счет действия аэростатической силы на шар весы выходят из начального состояния равновесия. Производя уравновешивание аэростатической силы и зная объем шара, определяют плотность газа l

Недостатком известного устройства является низкая точность из-за того, что плотность газа определяется по результатам двух взвешиваний шара, производимых при существенно различном давлении окружающег воздуха. В результате этого возникает неутечная погрешность, обусловленная изменением массы сорбционного слоя молекул газа на товерхности и элементах весов при изменени давления газа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения плотности воздуха, которое содержит герметичную камеру, коромысло весов, к одному плечу которого подвешено аэрометрическое тело, а к другому грузоприемная чашка. В комплект устройства входят два тела равной массы, но различных объемов. При работе с данным устройством производят взвешивание тел на воздухе и взвешивание камеры с расположенным в ней телом при откачке воздуха, при этом предполагают Iчто плотность воздуха не меняется. С учетом массы уравновешивающих гирь рассчитывают плотность воздуха. При работе с данным .устройством производят последовательные взвешивания камеры с откачанным в ней воздухом 2.

Недостатками известного устройства являются низкая точность и большие затраты времени для проведения измерений. Снижение точности измерений происходит из-за того, что вместе с телом взвешивают камеру, а для этого приходится выбирать весы с большим пределом взвешивания имеющие меньшую точность измерений.

Кроме того , первую пару взвешиваний производят при существенно различном давлении воздуха вокруг тел по сравнению со второй парой взвешиваний. Это приводит к появлению неучтенной дополнительной систематической погрешности, обусловленной сорбционными явлениями на поверхност-и тел. Если ограничиться рассмотрением адсорбции только паров воды из воздуха на телах, то на 1 см поверхности изменение массы адсорбционного слоя составляет примерно 0,5 мкг для нержавеющей стали при изменении влажности воздуха от О до 70%. Разность поверхностей взвешиваемых тел, составляющая 30-100 см, вызывает погрешность около 0,020,05 мг при взвешиваниях с указанными изменениями относительной влажности. Влияние других составляющих воздуха еще более увеличивает эту погрешность. При определении плотности воздуха с высокой точностью погрешность взвешивания тел не должна превышать 0,01 мг. Длительное время измерений также снижает точность , так как за это время плотность воздуха успевает заметно измениться.

Целью изобретения является повышение точности-и экспрессности.

Указанная цель достигается тем, UTO в устройстве для определения плотности воздуха, содержащем коромысловые весы, к одному плечу которого подвешено аэрометрическое тело, а к другому грузоприемная чашка, аэрометрическое тело выполнено виде герметичной деформируемой оболочки, снабженной фиксаторами положения ее деформируемой части.

На чертеже представлено устройство для измерения плотности воздуха.

Устройство состоит из весов 1 и аэрометрического тела 2 в виде герметичной деформируемой оболочки, например сильфона. Аэрометрическое тело 2 содержит две пластины 3 и 4, две направляющие 5 с отверстиями а и Ъ, являющиеся упорами фиксаторов 6 положения верхней пластины 3. Фиксаторы состоят из шпилек с подпяниками и соединены между собой пружиной 7. Кольца 8 и 9 прикреплены к пластинам 3 и 4, которые жестко скреплены с концами сильфона 10. Нижние концы направляющих 5 жестко соединены с пластиной 4, а в пластине 3 имеются два отверстия, в которые входят направляющие 5. Пластина 3 может свободно перемещаться на направлякмцих 5, изменяя объем сильфона 10, и фиксироваться на них с помощью фиксатора в двух положениях которым соответствуют два значения объема аэрометрического тела V и Vj Устройство работает следующим образом. Аэрометрическое тело 2 приводит в первое состояние -.когда шпильки фиксатора 6 входят в отверстие о на направляющих 5 и тело имеет объем V Затем его устанавливают на чашку ве сов 1 , приводят весы в положение ра новесия путем наложения тарного гру за Т на другую чашку весов 1 и снимают показания по шкале весов 1, По ложению равновесия соответствует уравнение где П1, V - масса и объем тарного груза; f - плотность воздуха; «я rV, - масса и объем аэрометрического тела} LO - отсчет положения равно весия по шкале весов} 5 - цена деления шкалы весов . После этого снимают с весов 1 тело 2 и переводят его во второе состояние, когда шпильки фиксатора 6 входят в отверстие Ъ на направляю щих 5 и тело имеет объем Vj.Снова устанавливают его на весы 1 и приводят их в положение равновесия путем наложения гирь на чашку весов 1 с аэрометрическим телом 2. при .этом гири компенсируют прираодение аэростатической силы, вызванное увеличением объема аэростатического тела 2. Этому положению равновесия соответствует уравнение , 2 гдети V,- масса и объем гирь. Из уравнений 1 и 2 получаем формулу для определения плотности воздуха -v-iv; v- Относительная погрешность определения плотности воздуха - следующая. cf-f /-(m) cAV где о V - абсолютная суммарная погрешность измерения объема гирь и приращения объема аэростатического тела: V . Измерив значение кажущегося изменения массы аэрометрического тела на весах и заранее измерив значение изменения его объема, определяют плотность воздуха. При этом точность определения плотности воздуха увеличивается за счет того, что взвешивание производят при неизменных значениях массы аэрометрического тела и при одних и тех же внешних условиях, что позволяет повысить точность измерений с относительной погрешностью 0,001 см и уменьшить время измерения с 45 до 10 мин.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА, содержащее коромысло весов, к одному плечу которого подвешено аэрометрическое тело, а к другому грузоприемная чашка, отличающаяся тем, . что, с целью повышения точности и экспрессности измерений, аэрометрическое тело выполнено в виде герметичной деформируемой оболочки, снабженной фиксаторами положения ее деформируемой части. (Л со ю со 00