Способ воспроизведения величины уровня жидкости Советский патент 1989 года по МПК G01F25/00 

1

(21)3907418/24-10

(22)05.06.85

(46) 23.12.89. Бюл. К 47

(71)Ленинградский институт авиационного приборостроения

(72)Б.Л.Федоров

(53)53.089..6(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР fr 380963, кл. G 01 F 25/00, 1971.

(54)СПОСОБ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

(57)Изобретение относится к метрологии и Измерительной технике и может быть иснользовано для поверки уровнемеров. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданного уровня. Способ заключается в следующем. Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15, путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно патрубка 3. Затем в резервуар 1 подается жидкость до полного погружения в нее патрубка 3. При этом излишки жидкости перетекают через крюмку перелива 4. После этого вводится поправка на положение базовой плоскости путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно неподвижной кромки перелива 4 на величину менис Г

ка жидкости,равную ЛН

рв

где 3 коэффициент поверхностного натяжения; р - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения. По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя 15 на шкале 16, независимо от характера смачивания жидкостью кромки перелива. 2 ил.

Л С

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и может быть использовано для поверки уровнемеров. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданного уровня. Способ заключается в следующем. Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15, путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно патрубка 3. Затем в резервуар 1 подается жидкость до полного погружения в нее патрубка 3. При этом излишки жидкости перетекают через кромку перелива 4. После этого вводится поправка на положение базовой плоскости путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно неподвижной кромки перелива 4 на величину мениска жидкости, равную ΔН=√2Σ/ρG, где σ - коэффициент поверхностного натяжения

ρ - плотность жидкости

G - ускорение свободного падения. По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя 15 на шкале 16, независимо от характера смачивания жидкостью кромки перелива. 2 ил.

7

/2

/«

СХЬ .

сд со

-/Г

i

{xt

-/J

с.

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и может быть использовано для поверки уровнемеров жидкости.

Основная трудность при воспроизведении заданного уровня жидкости в устройствах для поверки уровнемеров заключается во влиянии на результат измерений воспроизводимой величины сил поверхностного натяжения.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданного уровня

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа; на фиг. 2 - элемент поверхности жидкости вблизи кромки перелива.

Устройство содержит мерный резервуар 1 с жидкостью, сливной резервуар 2, патрубок 3 с кромкой 4 перелива, механизм 5 вертикального перемещения резервуара, сильфон 6, измеритель 7 коэффициента поверхностного натяжения жидкости, измеритель 8 плотности жидкости, вычислительный блок 9, систему 10 подачи сжатого газа, трубопровод 11, клапаны 12-14, указатель 15 и отсчетную шкалу 16.

Способ заключается в следующем. Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15, жестко связанного с мерным резервуаром 1, путем его вертикального перемещения посредством механизма 5 до совмещения указателя 15 с требуемой риакой отсчетной шкалы 16, жестко зафиксированной, в пространстве относительно патрубка 3, укрепленного в дне сильфона 6. Затем осуществляется подача жидкости из сливного резервуара 2 в мерный резервуар 1 путем передавливания жидкости сжатым газом по трубопроводу 11 с помощью системы 10 подачи газа при закрытых клапанах 12 и 14 и открытом клапане 13 до полного погружения патрубка 3 в жидкость. После этого клапан 13 закрьгоают, а клапан 12 открывают, а излишнее количество жидкости, находящейся в мерном резервуаре 1, самотеком через кромку 4 перелива по патрубку 3 выливается в сливной резервуар 2. Фиксируется момент прекращения перетекания жидкости через кромку 4 перелива. В этот момент производится измерение плотности жидкости, на- ходЯ1)(ейся в мерном резервуаре 1, с помощью измерителя 8, например поплавкового ареометра. Измеряется также коэффициент поверхностного натяжения жидкости с помощью измерителя 7, на- пример, методом максим-гпьного давления в пузырьке газа, вдавливаемого в жидкость по трубопроводу 11 через открытый клапан 14 и дапее через капилляр, а измерение этого давления может быть

выполнено дифференциальным манометром, входящим в состав измерителя 7 коэффициента noRepxHocfHoro натяжения жидкости. Затем гшоизводится определение величины критического превышения уровня жидкости над кромкой 4 перелива патрубка 3,

Для нахождения этой величины рассмотрим некоторый фиксированный объем V однородной несжимаемой жидкости,

поднятый выше горизонтальной плоскости, проходящей через кромку 4 перелива и ограниченный свободной поверхностью раздела двух сред (жидкость

S (фиг. 2). Поскольку жидкость

газ)

стремится к минимизации внутренней энергии, то при постоянстве внешних сил F, температуры 0 и давления Р под действием сил поверхностного натяжения в течение некоторого времени

t поверхность Я., Пудет деформироваться

Sj,(t) О, , t до состояния устойчивого равновесия

F(

S(V,L)MHH Sn(V){ Po const; e-i-t I й

Р(1,г)соп81,1(1,т)1. PO const:

0 const,

Дпя достижения этого состояния необходимо и достаточно, чтобы

0,(1)

АПН-

АПНгде Ер - потенциальная энергия, накопленная в мениске за счет действия гидростатических сил;

работа сил поверхностного натяжения.

При этом за счет сил поверхностного натяжения по обе стороны поверхности S,f, в любой произвольной точке N б Sn возникает разность давлений &Р согласно формуле Лапласа, равная

up,p;tp;()(-i- + ),

н м

где Сз - коэффициент поверхностного натяжения;

R p - K, K

радиусы кривизны поверхност раздела в точке N S, взятые во взаимно перпендикулярных нормальных сечениях. В случае вьшуклой поверхности разность давлений fvP положительна, направлена внутрь жидкости и в каждой точке поверхности компенсирует действие гидростатического давления

,

где р - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

Hjj - разность между максимальной высотой мениска ,j. высотой мениска в точке N6 S( относительно плоскости П. Всегда существует некоторое критическое значение высоты , величину которого Н дц превышать не может, так как при . нарушаются условия равновесия

Р iPu

м

(2)

то гидростатическое

Если р, давление Р, создаваемое столбом жидкости высотой Н(, превосходит давление, создаваемое силами поверхностного натяжения ЛРц, что приводит к разрушению поверхности Я и вызьгоает истечение жидкости через кромку перелива, которое продолжается до восстановления условия (2),

По определению коэффициента поверхностного натяжения

/iSn,

где А. - работа, которую необходимо произвести для увеличения . свободной поверхности на величину Sp.

Учитывая, что данная зависимость справедлива для случая, когда Л Sf, представляет собой плоскость, распространяют соотношение (3) на исследуемый случай, когда &3, искривлена. Для этого следует учесть, что там, где на поверхность мениска действует гидростатическое давление,поверхность искривлена, а следовательно, силы поверхностного натяжения создают избыточное давление, компенсирующее действие гидростатического давления. Тогда под величиной Sf, следует понимать всю работающую на растяжение и изгиб поверхность

Д8„ jj ds.

В этом случае работа сил поверхностного натяжения

A,G.{|ds.(4)

Потенциальная энергия может быть определена как

И-2

.i pgH.dh-jfds.pg |- .(5)

5 ° S

Согласно (2), приравнивая (4) и (5), а затем преобразовав это равенство, получают максимально возможное . значение высоты мениска

Р

26

р;

(6)

Необходимые арифметические операции по формуле (6) осуществляются в вычислительном блоке 9. После этого вводится поправка на пространственное положение базовой плоскости путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно неподвижной кромки 4 перелива с помощью механизма 5 на величину

30

,

Р

35

По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя 15 на шкапе 16, независимо от характера смачивания жидкостью кромки перелива.

Формула изобретения

40

Способ воспроизведения величины уровня жидкости, заключающийся в задании необходимого уровня соответствующим положением кромки перелива

45 сливного патрубка и повышении уровня жидкости в резервуаре до перетекания жидкости через кромку перелива, о т- ли чающийся тем,что,с целью повьшения точности путем учета влия5Q ния сил поверхностного натяжения, после прекращения перетекания перемещают резервуар с лсидкостью на высоту

&H

2Й

pg

где G - коэффициент поверхностного

натяжения;

р - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения.

L

фиг. 2