Манометр Советский патент 1981 года по МПК G01L7/18 

(54) МАНОМЕТР

1

изобретение относится к измерительной технике и может найти широкое применение для измерения величин давлений от.десятых долей до единиц атмосфер.

Известны жидкостные манометры,в которых измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым разностью уровней жидкости в сообщающихся трубках 1 . .

Недостатком таких манометров является сложность измерения значительных перемещений, гретлоздкость таких манометров и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому манометру является устройство , содержа1Дее трубку со ртутью и жидкостью, фиксаторы уровня ртути с электрическойсхемой преобразова- . ния и управляемый электромагнитный клапан F21 .

Однако это устройство обладает недостатком, заключающийся в том, что при измерении давления порядка Р;, 10 Па разность уровней составляет около одного метра и требует большого количества ртути, что представляет повышенную опасность в аварийной ситуации, а также точности измерения

Цель изобретения - повышение точности преобразования, повышения надежности и уменьшения габаритов устройства.

Указанная цель достигается тем, что трубка снабжена капиллярными сужениями, между которыми размещена ртуть, концы трубки соединены с двумя выходами управляемого электромагнитного клапана, один из входов которого соединен с источником измеряемого давления, другой - с источником опорного давления, ауправляющая обмотка клапана - с выходом схемы фиксаторов уровней.

На фиг. 1 схематически представлена конструкция и схема предлагаемого манометра/ на фиг. 2 - временная диаграмма работы.

Манометр содержит стеклянную трубку 1 с жидкостью и капилляром внизу 2, в KOTOpiTO введен столбик ртути 3. Рядом с трубкой установлены фотопри;емкики 4 и 5 фиксаторов перемещения ртути. Фотоприемники 4 и 5 освещаются источниками света б (световоды Ал107), от которых формируются световые потоки посредством узких щелей диафрагмы 7. Концы трубки 1 соединены с двумя выходами, например поворотного переключающего электромагнитного клапана 8. Один вход клапана соединен с окружающей средой, другой с источником измеряемого давления Р. Таким образом, электромагнитный клапан подключает к капилляру 2 или сумму измеряемого Р и опорного РО давления/ создаваемого высотой столбика ртути (РО Нд) , или их разность . Эти давления, приложенные к капилляру, вызывают расход жидкости, который интегрируется интегратором 9 и преобразуется в перемещение ртути h. Выбросы ртути вверх исключаются капиллярным сужением 10 Перемещение h преобразуется фотодатчиками 4 и 5 в электрические напряжения и и и, , которые подаются на дискриминатор 11 уровней Uf., и (} (aanpniviep триггер Шмидта) . На выходе дискриминатора формируются прямоугольные импульсы, длительность кото рЫх t и t,2 является выходным- параметром. С другой стороны эти импульсы поступают на формирователь 12 импульсов управления электромагнитным клапаном. Работа манометра осуществляется следующим образом. В исходном состоянии клапан 8 находится в положёни и а,, при котором нижний конец трубки соединен с источ ником измеряемого давления Р, , а верхний - с окружающей средой. При отсутствии измеряемого давления (Р 0) столбик ртути 3 находится в нижнем крайнем полоясении, и капил лярное сужение 2 препятствует перемещению вниз (выливанию) ртути из Трубки 1. При наличии измеряемого давления Ру , большего давления Рр, создаваемого высотой И столбика рту ти Ру Рр HQ, где т плотность ртути, g - ускорение силы тяжести, ртуть начинает подниматься вверх. Пренебрегая, для упрощения, силами сопротивления равномерному движению ртути в широкой трубке можно считат что к капилляру 2 приложено давление лР под действием кото рого оеуществляйвоя постоянный расход жидкости через капилляр 2 где R -гидравлическое сопротивление капилляра -вязкостьжидкости, -длина и диаметр капил ляра. Объем дУ S.-hfj, заданный площадью S и расстоянием hg между фотоприемниками 4 и 5, электрически фиксируется при движении ртути с помощью дискриминатора уровня 11. Дискриминатор уровня 11 формирует на выходе прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых t равна времени равномерного движения,например .верхнего мениска ртути между заданными уровнями перемещения h и h. Объем v ( и при . о .onsi,AV,,i. Через некоторое время задержки, создаваемое формирователем 12,электромагнитный клапан 8 переключается в положение б, и верхний конец трубки соединяется с источником измеряемого,давления Рд , а НИЖНИЙ - с окружающей средой. Теперь к капилляру 2 приложено давление Р + PQ под действием которого осуществляется постоянный обратный расход жидкости а --Ell . Чк и расстояние hg верхний мениск ртути проходит за время t, , определяемое из уравнения расхода I ,-j-a- - R а При разных расходах Q и fi фиксируется один и тот .же.объем, уравнение преобразования (РХ-РО) ()-Ч и измеряемое давление , не зависит от динамического сопротивления капилляра, т.е. ни от геометрических размеров его, ни от вязкости жидкости. Временная диаграмма работы манометра показана на фиг. 2. В начальный момент в@§мвни t О столбик ртути находится в крайнем нижнем положении под действием постоянного давле ния Р. Ру-Рд, приложенного к капилляру с динамическим сопротивлением R| и большой динамической емкостью источника давления малого внутреннего сопротивления. Интегральная характеристика расхода линейна h,{t) Q. (прямая А, фиг. 2). В моменты равенства h (t) и уровней h и hдиакрнмйнатдрем 11 фермируются поло жительные импульсы, длительность между которыми равна t. После второго импульса дискриминации столбик ртути продолжает перемещаться вверх в течение времени задержки At:, , необходимого для переключения клапана и затухания переходных процессов. По истечении дц, начинается обратное движение ртути и в области , имеет место установившийся процесс равномерного движения под действием постоянного давления Р + PQ на капилляре описываемого линейной интегральной характеристикой расхода h,(,.t(e) в моменты авенства ) и уровней h формируются отрицательные импульсы, определяющие длительность t Выходным временным параметром является отношение суммы к разности временных интервалов т -. .- Х -1 а а результат измерения давления Px -ce-v xне зависит не только от динамического сопротивления капилляраJ но я от дрейф(з уровней h и недтабняьнос тей дискриминатора уровня. Малая методическая погрешность предлагаемого манометра позволяет о6©епечить высокую точность преобразования (погрешность десятые процента и менее), обуславливаемую стабиль ной опорой .. Предлагаемый манометр в отличие от обычных и-образных позволяет при малой высоте HQ столбика ртути измерять на порядок большие давления РХ / ЮНр мм.рт.ст. Для предупреждения выливания ртути из трубки 1 сверху целесообразно выполнить капиллярное сужение. Для расширения возможностей манометра с успехом в качестве рабочей расходной среды может быть использована любая не реагирующая со ртутью жидкость, например дистиллированная вода. Для уменьшения погрешности- линейности, вызванной изменением гидростатического давления жидкость в процессе интегрирования, следует свести к минимуму изменения уровней жидкости в

- - .i соо.бщающихся сосудах за счет увеличения площадей поверхности жидкостьвоздух. Временной параметр на выходе предлагаемого манометра позволяет легко получить результат измерения в цифровой форме. формула изобретения . Манометр,содержащий трубку со ртутью и жидкостью, фиксаторы уровня ртути е электрической схемой преобразования и управляемый электромагнитный клапан, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования давления, уменьшения габаритов и повышения надежности, трубка снабжена капиллярными сужениями, между которыми размещена ртуть, концы трубки соединены с двумя выходами управляемого электромагнитного клапана, один из входов которого соединен с источником измеряемого давления, а другой - с источником опорного давления, а управляющая обмотка клапана соединена с выходом схемы фиксаторов уровней. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании № 1441266, кл. G 1 N. , 2. Патент Японии 50-2828, кл. 111 С 211, 1975 (прототип).