Обычно при балансировке точных поплавковых приборов вес (плавучесть) н момент диф-. ферента измеряют пружинными или рычажными весами или непосредственным навешиванием контрольных грузов на поплавок. Современные требования к точности балансировки очень высоки - до 0,02 г по весу и до 0,01 г/сж по моменту. Пружины для измерения таких величии изготовить не удается. При навешивании грузов на поплавок трудно избежать динамических нагрузок.
Предлагаемый способ не требует иикакого оборудования, кроме ванны с устройством для регулирования температуры. Отличительная особенность его заключается в том, что изменениями температуры поддерживающей жидкости выравнивают или взвешивают поплавок, а затем пересчетом температурных коэффициентов жидкости и поплавка определяют силы, действуюидие на поплавок, и центр тяжести поплавка.
На фиг. 1, 2, 3, 4 к 5 показаны различные положения поплавка при балансировке его, поясняют; предложенный способ.
На поплавок, установленный на опорах и Г1омеш, в жидкость (фиг. 1), действуют вес G, выталкивающая сила Q и реакция опор
jVj и N-2. Очевидно, что сумма реакций опор равна остаточному весу
N, + N. G - q G,(Г)
а реакция каждой опоры, учитывая, - что K.L, равна
- - - ) + 1 -
(2)
А G/ - G6
.) -
где L - расстояние между опорами,
b - расстояние между центром тяжести и центром приложения выталкивающей силы, /-расстояние от опоры до центра тяжестн поплавка.
Реакции опор вызывают момент трения вокруг оси подвеса
,1 ,(/ I , г -у .,
(3)
VIIT-J, - (.vi -р Ло) ;х . -где ;.- коэффициент ,
d - диаметр опоры поплавка. Для снижения момента трения
нужно уменьшать расстояние b вдоль оси подвеса
между центрами тяжести и давления, т. е. момент дифферента, и, остаточный вес AG поплавка в жидкости.
В рабочих условиях, т. е. в жидкости с удельным весом у и температурой /, поплавок, имеющий небольшой остаточный вес или плавучесть, а также дифферент, занимает одно из положений, показанных на фиг. 2. При этом выталкиваюш,ая сила равна
Q VY,
где У - объем поплавка.
Для определения остаточного веса подберем температуру /i, при которой поплавок будет взвешен в жидкости (фиг. 3). Тогда выталкиваюплая сила, равная весу поплавка, будет
Qi (р--За)() G, а остаточный вес с учетом формулы (1) равен AG Уу(|3-За)(/ -/1),(4)
где р - температурный коэффициент объемного расширения жидкости. За - температурный коэффициент линейного расширения поплавка. Для определения момента диффереита подберем температуру /i, при которой поплавок ляжет иа дпо ванны, т. е. реакция опоры iV|t устранит дифферент (фиг. 4). Второй край поплавка должен только коснуться дна или находиться or него иа малом расстоянии. Тогда момент дифферента
М G b(5)
уравновесится моментом реакции опоры M .V,i-/.
Здесь реакция опоры
Afji G -Qb
а выталкиваюшая сила
Qi (p-За) (. Значит момент дифферента
М l/Y(|3 -За)/(/1 -/1)(6)
Из уравнений (2), (4), (5) и (6) получаем формулы для реакций опор в рабочих условиях (при температуре t):
N, KY(p-3a)( (t-ti)
(7)
N2 I/Y(P -За) -(г:- -/i)
Если координата центра тяжести / неизвестна, то надо подобрать температуру t-2, при которой дифферент устранится реакцией оноры N-2 сверху (фиг. 5). Аналогично найден момеит диффереита
М VYCP -3a)(L -/)(/ -4) (8)
Из уравнений (6), (7) и (8) получим формулы для координаты центра тяжести
/ (9)
/ / t - t-ii
(Л - () (f - Л)
(10) -..,
t;
И реакицц опор в раоочих условиях
у,(,:)-. а)
N, Vy{
t 2
Итак, подобрав температуры
Д - взвешивания поплавка (фиг. 3),
ti - выравнивания поплавка на нижней плоскости (фиг. 4),
t-2 - выравнивания поплавка иа верхней плоскости (фиг. 5), можио определить остаточный вес AG по формуле (4), момент диффереита М по формулам (6) или (8) или (10), реакции опор Al и N-2 в рабочих условиях по формулам (7) или (И), координату центра тяжести / по формуле (9).
Точпость этого способа определяется точностью измерения температуры. Так как обычно разность температурных коэффициентов объемного расширения жидкости и поплавка (р - За) не превышает 1.10з, то измеиению температуры на 0,1°С соответствует приращение остаточного веса и реакций онор на 0,01 % от веса поплавка.
Методика измерений значительно упрощается для симметричного поплавка, имеющего центр тяжести посередипе между опорами:
L 2
В этом случае из уравнения (8)
iLZ,
т. е. температуру взвешивания поплавка можно не подбирать, а формулы (4), (6), (7), (8), (10) и (11) упростить
;V Уу(р-За)( )
(4a)
t-2
М VY(P -За)/. (ба)
(- t
Al 1/Y(P
а
(7a)
/Vo I/Y(P -За)
Как видно из уравнения (3), целесообразно задавать не остаточный вес и момент дифферента, а допустимую нагрузку ца каждую опору, которой соответствуют допустимые из.менения температуры выравнивания поплавка
,
,
1/7 (3-3 а) Т
(13)
t,
Д., t - t,
V-f(3-3a) L-,
Значит достаточно, чтобы при умсиьшепни температуры жидкости до t-2 t - At поплавок выравнивался на нижней плоскости (фиг. 4), а при увеличении до ti t--Ai - на верхней (фиг. 5).
-тг Для симметричного поплавка / - -л допустимые изменения температуры равны
2
Д,г 1/Т Э-Зз.
Предмет изобретения
Сг.особ балансировки и определения центра : яжссти поплавков, отличают и ii с я тем, что. с целью повышения точности измерения, изменениями температуры поддерживающей жидкости выравнивают или взвешивают поплавок, а затем пересчетом температурных коэффициентов жидкости и поплавка определяют силы, действуюилие на поплавок, и центр тяжести поплавка.
Фиг. 4
.С
фцг 3
Ф1;г 5
