Устройство для определения плотности воздуха Советский патент 1990 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 при высокоточных измерениях массы в связи с необходимостью определения поправки на влияние аэростатической силы.

Целью изобретения является снижение погрешности определения путем обеспечения возможности измерения

разности масс аэрометрических тел в воздухе без введения поправки на аэростатические силы.

На фиг. V изображена схема устройства для измерения плотности воздуха; на фиг. 2 - аэрометрическое тело.

Устройство состоит из равноплечих весов 1 со встроенными гирями 2, подвески 3 с узлом нагружения, состоящим из двух кулачков 4, развернутых друг относительно друга на 90°, расположенных на одной оси, двух толка

3

телей 5 и 6 с платформами на концах R виде дисков, размеры которых меньше размеров отверстий в дне чашек подвески 3, и двух аэрометрических тел 7, накладываемых с помощью узла нагружения на подвеску 3, подсоединенную к одной из чашек весов. Аэрометрическое тело 7 с герметичной деформируемой оболочкой состоит из деформируемой оболочки, например, силь фЬна 8, фиксатора с временной и постоянной остановками, состоящего из шпилек 9, прикрепленных к плоской кольцевой пружине 10, расположенной внутри цилиндрического стакана 11. Шпильки 9 фиксатора радиально поджимаются к внутренним стенкам стакана 11, на котором имеются три пары от- в рстий 12 - 14, являющихся упорами шпилек фиксатора. Отверстие 14 служит для фиксирования деформируемо оболочки с временной остановкой, кфгда полусферы концов шпилек 9 и только частично входят в отверстие 14. Отверстия 12 и 13 служат для фиксирования деформируемой оболочки с постоянной остановкой, когда шпильки 9 фиксатора полностью входят в от- вфрстия 12 и 13.

Подгонка равенства и разности мас у двух аэродинамических тел и точное измерение этой разности производится следующим образом. Аэрометрические тела совместно со снятыми крышками с помощью узла нагружения последователно устанавливают на подвеску 3 и уравновешивают тарой на левой чашке весов, когда на подвеске 3 находится аэрометрическое тело с большей мас- со|й. После установки подвески 3 аэрометрического тела с меньшей массой в его внутреннюю полость добавляют дополнительную массу, приводящую весы в равновесное состояние. Посколку у аэрометрического тела все детали идентичные, имеют примерно равные массы и объемы, то при подгонке равенства и точного измерения разности масс вводить поправку на влияние аэростатической силы не требуется. Измерения разности масс у двух аэрометрических тел можно производить при закрытых крышках, когда внутри тел будет находиться воздух. Поскольку наружные объемы двух тел при фиксировании в точках с временной остановкой будут равны, то пои равенстве масс двух тел будут

0

5

0

5

равны и их внутренние объемы, а следовательно, внутри тел будут равные значения массы воздуха.

При сжатии у одного из сильфонов, когда приложенная сила превзойдет усилие, развиваемое фиксатором с временной остановкой, сильфон будет сжиматься до тех пор, пока шпильки 9 не войдут в отверстия 12. В этом случае произойдет фиксирование деформируемой оболочки с постоянной остановкой и наружный объем аэрометрического тела будет V1 . Если в другом аэрометрическом теле производить растяжение деформируемой оболочки до тех пор, пока шпильки 9 не войдут в отверстия 13, то в этом случае произойдет фиксирование деформируемой оболочки с постоянной остановкой в отвердтиях 13 и наружный объем аэрометрического тела будет равен V(Va V ,).

Разность объемов у двух аэрометрических тел Z1V Уг - V, определяют известным методом гидростатического взвешивания в дистиллированной воде.

Поскольку в дальнейшем у аэрометрических тел производить повторных деформаций не требуется, то измеренная разность объемов будет оставаться постоянной и стабильной во времени, и она не будет ограничивать точность измерений плотности воздуха. Повышение точности измерений плотности воздуха обеспечивается только при использовании двух деформируемых аэрометрических тел.

0

35

Устройство работает следующим образом.

Аэрометрическое тело с большим объемом (V2) устанавливают в системе подвески 3 на платформу толкателя 5, а аэрометрическое тело с меньшим объемом (V.,) - на нижнюю чашку подвески 3. Весы приводят в положение равновесия путем наложения груза 1 на левую чашку весов и Снимают показания по шкале весов. Положению равновесия соответствует уравнение

го - V.

f

mf - V,

f + L0S, (1)

где тт, V т- масса и объем тары; f - плотность воздуха; га „ v, - масса и объем аэрометрического тела,

L0 - положение равновесия пошкале весов;

S - цена деления шкалы весов, i

При повороте кулачков 4 в ту или другую сторону происходит одновременное вертикальное перемещение в противоположные стороны толкателей 5 и 6, при этом происходит одновременное снятие одного аэрометрического тела подвески 3 с одновременным наложением на нее другого аэрометрического тела (или наоборот)„ После этого поворотом приводной оси кулачков аэрометрическое тело снимают с нижней чашки подвески 3 а на ее верхнюю чашку накладывают аэрометрическое тело с большим объемом (v) и весы путем наложения соответствующего количества встроенных гирь приводят в положение равновесия. Этому положению равновесия соответствует уравнение

шт VrP mi Чт +

т -VmrLoS,(2)

где т, V - масса и объем гири, компенсирующей приращение аэростатической силы.

Из уравнений (1) и (2) получим алгоритм для определения плотности воздуха

+ m

V, - V. - V

Относительная погрешность определения плотности воздуха

где c/ V - абсолютная суммарная погрешность измерений объема гири и разности объемов аэрометрических тел;

m (та г - m f) +пц «Рга - абсолютная суммарная погрешность измерений массы встроенных гирь и разности масс аэрометрических тел.

Формула изобретения

Устройство для определения плот- ности воздуха, содержащее весы, два. аэрометрических тела с равными массами и различными объемами, отличающееся тем, что, с целью снижения, погрешности путем обеспече- ния возможности измерения разности масс аэрометрических тел в воздухе , без введения поправки на аэростатические силы при аттестации весов, оба аэрометрических тела выполнены металлическими, герметичными и деформируе

мыми.

12

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения плотности воздуха. Цель изобретения - снижение погрешности путем обеспечения возможности измерения разности масс аэрометрических тел в воздухе без введения поправки на аэростатические силы. Устройство для определения плотности воздуха содержит весы и два аэрометрических тела с равными массами и различными объемами. Оно снабжено узлом нагружения и подвеской, состоящей из двух жесткосоединенных между собой чашек, в дне которых выполнены отверстия, расположенные по оси подвески, узел нагружения выполнен в виде двух идентичных кулачков, развернутых на 90° друг относительно друга и расположенных на одной оси, и вертикальных толкателей с платформами на концах, размеры которых меньше размеров отверстий в дне чашек подвески, а каждое аэрометрическое тело выполнено в виде герметичной деформируемой оболочки, внутри которой установлены с возможностью перемещения друг относительно друга два стакана и фиксатор с временной и постоянной остановками. 2 ил.