ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ЗАДАНИЯ АБСОЛЮТНОГО И ОТНОСИТЕЛБНОГО ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1969 года по МПК G01L7/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть применено в тех отраслях промышленности, где требуется автоматическое измерение и задание давления с точностью порядка ОДо/о.

Известны грузопоршневые приборы и поршневые лриборы с центробежным уравновешиванием, содержаш;ие измерительный блок, выполненный в виде неуплотненного поршня, вращающегося в цилиндре, систему вращения измерительного блока, цифровую систему отсчета и систему .индикации полол ения равновесия поршня, -которые позволяют с высокой точностью Производить измерение (задание) давления.

Однако их показания зависят от значения ускорения силы тяжести ,в данной местности.

Целью изобретения является исключение зависимости показаний прибора от значения ускорения силы тяжести и расширение диапазона измерений.

Для достижения этой цели измерительный блок предлагаемого прибора расположен горизонтально в корпусе между упорным регулировочным винтом и пружиной, который связан консольно с вертикальным валом системы вращения. Центробежная сила действует на неуплотненный поршень измеритель-лого блока и уравновешивает измеряемое давление.

ма описываемого прибора; на фиг. 2 - функциональная схема работы прибора в режиме измерения и задания давления.

Работа прибора основана па принципе силовой компенсащп давления (измеряемого пли задаваемого) центробежной силой, прикладываемой к поршню. Измерительный элемент прибора - неуплстненный поршень / перемещается в цилиндре 2 между упорами 3, ограничивающими ход поршня и расположенными «а крышках 4, которые с цилиндром 2 и поршнем / образуют камеры 5 и 6. Измерительный блок (поршень /, цилиндр 2 и крышки 4) заключен в корпус 7, служащий для размещения на нем вспомогательного оборудования, и нри помощи рычага 8 и штифта .9 .укреплен на валу 10, который через коническую передачу 11 связан с электродвигателем 12.

Поршень / включает регулирующий поясок 13, который через систему отверстий 14 связан с камерой 5; крыльчатку 15, при помощи которой поршень / приводится во вращение сжатым воздухом, подаваемым через отверстия 16 в цилиндре 2; выступ 17, предназначенный для фиксации уравновешенного положения поршня 1 в цилиндре 2 при помощи фотодатчика, состоящего из фотосопротивления 18, источника 19 света, оптической системы 20 и отверстий 21 в дплиндре 2.

Цилиндр 2 содержит систему калиброванных отверстий. 22 и 23, о:бразующих вместе с пояоком 13 систему авторегулирования давления; отверстия 24 и 25, которые в зависимости от схемы включения ирибора связаны с компрессором (насосом) и рабочим объемом; систему смазочных канавок (ноясков) 26-28, в которые под небольшим избыточным давлением, образуемым сильфоном 29, подается жидкость, обладающая малым коэффициентом вязкости.

Вал 10 прибора вращается в ц-илиндре 30, закрепленном на основании 31 прибора. Вал 10 имеет систему ноясков 32-34 и каналов 35-37, а цилиндр 30-систему отверстий 38- 40, .которые ПОЗВОЛЯЮТ передавать давление от Неподвижных относительно основания 5/ частей прибора к вращающемуся измерительному блоку. Для исключения нежидкостиого трения при вращении вала 10 в цилиндре 30 предусмотрена смазывающая система 41, состоящая из канавок и отверстий, заполненных маловязкой жидкостью.

На Балу электродвигателя 12 закреплен кодовый диск 43, который с источником 44 света и фотоэлементом 45 представляет узел индикатора скорости вращения вала 10, являясь датчиком импульсов, поступающих на вход счетчика 46 импульсов индикатора скорости.

При задании давления Ключ 47 переключается в положение //, подсоединяя к входу усилителя 48 потенциометр 49, при помощи которого может быть задана определенная скорость вращения электродвигателя 12 и, следовательно, определенное давление в рабочем объеме. Стабилизация скорости вращения электродвигателя 12 осуществляется применением тахогбнератора 50 обратной связи, сигнал которого сравнивается с сигналом от потенциометра 49 и служит управляющим сигналом для электродвигателя 12.

Скорость электродвигателя 12 фиксируется при помощи цифрового индикатора скорости (элементы 43, 44, 45) и счетчика 46 импульсов, тарированного в единицах давления.

Датчик 51 при работе прибора в данном режиме применяется для фиксации равновесного пололсения порщня 7, т. е. момента установления заданного давления в рабочем объеме.

Как видно из фиг. 1, при вращении вала 10 (и соответственно измерительного блока) на порщень J действует центробежная сила

Р,(1)

где т - масса порщня 1;

JR - расстояние от оси вращения вала 10

до центра массы норщля 1; V - окружная линейная скорость вращения центра массы порщня /. Так как где п - число оборотов вала, то

делена массой порщня 1 & всякие изменения скорости вращения вала 10 приводят к изменению силы F.

Прибор работает следующим образом.

Режим задания избы то ч ног о давл е н и я. В исходном положении вал 10 не вращается; поясок 13 порщня 1 находится между отверстиями 22 и 23 в цилиндре 2; на отверстие 23 и 16 подано давление от компрессора через каналы (38, 32, 36); отверстие 22 соединено с атмосферой; камера 6 через отверстие 25 соединена с атмосферой; камера 5 через отверстие 23 и систему каналов (55, 33, 39) соединена с рабочим объемом, в котором устанавливается заданное давление. В начальный момент вращения вала 10 с установивщейся скоростью порщень / под действием центробежной силы F перемещается вправо до упора 5, при этом совместятся поясок 13 порщня

/ и отверстие 23 цилиндра 2, и сжатый воздух под давлением заполняет камеру 5 через канал 14. На порщень / начнет действовать сила Q, определяемая давлением в камере 5, умноженным на эффективную площадь порщня /.

Направление силы Q противоположно направлению центробежной силы F, поэтому перемещение порнлня / вправо прекратится в тот момент, когда сила F будет уравновещена силой Q.

Одиако это равновесие лока неустойчиво, так как камера 5 соединена с источником давления через открытые каналы (23, 13, 14), поэтому давление в -камере 5 начинает превосходить равновесное давление благодаря тому,

что сила Q становится больще центробежной силы F.

Порщень 1 перемещается влево к положению равновесия, перейдет это ноложение и приоткроет своим пояском 13 отверстие 22,

связанное с атмосферой, т. е. сбросит избыток давления из камеры 5 в атмосферу. Затем возвращается к положению равновесия и, если демпфирование системы осуществлено правильно, останавливается в этом равновесном

положении, соответствующем вполне определенному, заданному заранее давлению в рабочем объеме.

Указанный процесс установления требуемой величины давления по заданной скорости вращения вала 10 происходит автоматически. Всякое изменение давления (например, утечки в камере 5 и, следовательно, в рабочем объеме) выводит порщень / из иоложения равновесия вправо, тем самым соединяя компрессор

с рабочим объемом системой каналов 14, в результате чего в рабочем объеме устанавливается давление, определяемое значением установивщейся стабилизированной скорости вращения вала 10.

Режим задания абсолютного давления. Работа прибора в случае задания абсолютного давления аналогична работе прибора при задании избыточного давления. Отличие состоит лищь в том, что перед работой в о насоса, подключенного к камере 6 системой аналов (25, 37, 34, 40), разрежение порядка ,01-0,1 мм рт. ст., а отверстие 22 так же подлючается в форвакуумному насосу. Тогда при адННии в рабочем объеме и в камере 5 абсоютного давления отсчет ведется от условного уля, равного 0,01-0,1 мм рт. ст. Режим измерения избыточного а в л е н и я. Перед измерением избыточного авления необходимо камеру 6 соединить с ат:осферой; в Камеру 5 подать через соответстующие Каналы измеряемое давление; отвертия 22 и 23 цилиндра 2 соединить друг с друом (лри этом поясок 13 поршня 1 исключаетя из работы) и ключ 47 переключить в положение /. Пр,и подаче давления в камеру 5 оршень / перемещается влево от положения авновесия. Это нарушение равновесия фиксиуется фотодатчиком 51 нулевого положения, оторый на вход усилителя 48 посылает сигал, заставляющий двигатель вращаться с таой скоростью, чтобы центробежная сила F компенсировала бы силу Q, обусловленную :змеряемым давлением: Q K,s,,(3) де RJ, - измеряемое давление; Здф - эффективная площадь поршня /. Таким образом, при число оборотов ала 10 однозначно определяет величину измеяемого давления. Зная ча1сло оборотов (ло ифровому индикатору скорости), из уравне:ий (2) и (3) получим Rj, - . I этой формуле переменной величиной являетя п - число оборотов двигателя. Поэтому ин.Икатор скорости можно тарировать прямо в ямницах давления. Режим измерения абсолютного давления. Измерение абсолютного давления аналогично измерению избыточного давления, за исключением того, что в камере 6 следует создать вакуум порядка 0,01-0,1 мм. рт. ст., а все остальные соединения оставить прежним. Таким путем исключается влияние изменения давления дня (барометрическое давление) «а показания прибора. Прибор можно использовать для измерения разности давлений, если в режиме измерения в камеры 5 и 5 подавать давления Pj и Ру, причем необходимым условием правильности измерений является выполнение условия: Р Р х в приборе предусмотрено изменение диапазона измеряемых и задаваемых давлений, что осуществляется изменение.м расстояния от ося вращения вала 10 до центра массы поршня / путем перемещения цилиндра 2, опирающегося на пружину, регулировочным винтом 52. Предмет изобретения Прибор для измерения и задания абсолютного и относительного давления, содержащий измерительный блок, выполненный в виде неуплотненного поршня, вращающегося в цилиндре, систему вращения измерительного блока, цифровую систему отсчета и систему индикации положения равновесия поршня, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния ускорения силы тяжести яа процесс измерения и расширения диапазона измерений, измерительный блок расположен горизонтально в корпусе между упорным регулировочным винтом и пружиной, который связан консольно с вертикальным валом системы вращения.

15 Ib 20 19 21 22 13 23 2 V 25 2

Ж

1 I

V- ЧЗif;;