жидкостный манометр

Формула изобретения

ЖИДКОСТНЫЙ МАНОМЕТР, содержащий установленные в полом металлическом корпусе два сообщающихся коаксиальных сосуда с подводящими патрубками, заполненные рабочей жидкостью, и измерители уровня и температуры жидкости, отличающийся тем, что он снабжен термостатом с размещенной внутри него ампулой с ацетоном, выходное отверстие которой с помощью трубки соединено с отверстием, выполненным в нижней части корпуса, а корпус закрыт сверху введенной металлической крышкой-охладителем, выполненной с отверстиями, через которые пропущены подводящие патрубки сообщающихся сосудов, внутри корпуса с зазором относительно его боковых стенок установлена введенная прокладка, выполненная из термически формованного медного порошка, при этом дно корпуса выполнено наклонным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для измерения давления в авиационной, нефтехимической, металлургической, медицинской и других отраслях народного хозяйства, а также для научных исследований.

Известна система измерения давления, состоящая из нескольких жидкостных манометров с резервуаром и вертикальной мерной трубкой, заполненных одной и той же манометрической жидкостью [1]

Известен ртутный манометр, снабженный воздухонепроницаемым затвором, выполненным в виде полого сосуда, трубкой с наружной резьбой, поворотным краном, ловушкой в виде колокола [2]

Известен также ртутный манометр, который по совокупности существенных признаков наиболее близок к заявляемому и принят за прототип. Этот манометр содержит сообщающиеся коаксиальные сосуды, заполненные ртутью и установленные в корпус с водой, платиновые термометры для измерения температуры ртути и измеритель уровня жидкости [3]

Манометр работает следующим образом. Уравнение измерения в общем случае для жидкостных манометров записывается следующим образом:

P₁ P₂ g/(h₂ h₁), где Р₁, Р₂ значения давлений, разность между которыми измеряют;

плотность ртути при данной температуре;

g ускорение свободного падения;

h₁, h₂ уровни ртути в коаксиальных сосудах.

Процесс измерений заключается в следующем. В исходном состоянии, когда в обоих сосудах одинаковое давление, т.е. Р₁ Р₂, уровни ртути в сосудах находятся на равной высоте, т.е. h₁ h₂. При подаче в сосуды разных давлений Р₁ и Р₂, разность между которыми необходимо измерить, уровни ртути смещаются и устанавливаются на разной высоте, соответственно h₁ и h₂. В одном сосуде уровень ртути поднимается, а в другом опускается. Разность давлений при этом уравновешивается столбом ртути. Измерив h₁ и h₂, находят высоту ртутного столба, а зная и g из указанного выше уравнения, можно определить неизвестную разность (Р₁ Р₂).

Если необходимо измерить не разность давлений, а неизвестное давление Р_х, то в один из сосудов подают известное давление, например Р₂= Р_о, которое в процессе измерений остается постоянным, или этот сосуд откачивают так, чтобы Р₂ было меньше давления Р_х Р₁, которое необходимо измерить. В этом случае, учитывая Р₂ Р_о (или пренебрегая Р₂), уравнение измерения примет вид

P_x g/(h₂ h₁) + P_o.

В процессе измерения температура окружающей среды может изменяться, т.е. может иметь место градиент температуры по всей высоте ртутного столба. Эти факторы приводят к изменениям плотности ртути как в целом, так и по высоте, что, в свою очередь, приводит к дополнительной температурной погрешности при определении Р_х за счет изменения плотности ртути. В известном устройстве указанная погрешность частично учитывается за счет измерения температуры ртути с помощью трех платиновых термометров с последующим внесением температурных поправок. Но при высокоточных и длительных по времени измерениях полностью исключить температурную погрешность в известном манометре, связанную с изменением плотности ртути, особенно по высоте ртутного столба, практически не представляется возможным.

Современный уровень техники в авиационной, металлургической, нефтехимической, медицинской и других отраслях народного хозяйства, а также в метрологии и при проведении научных исследований требует создания более высокоточных средств измерения давления и эталонных средств для их проверки с целью повышения качества и учета (расхода) выпускаемой продукции, обеспечения безопасности полетов. Существующие средства измерения давления из-за своей низкой точности предъявляемым требованиям не удовлетворяют. Предлагаемое устройство жидкостный манометр, имеющий на порядок более низкую температурную погрешность, за счет обеспечения постоянства температуры и устранения температурных градиентов вдоль столба рабочей жидкости позволяет полностью удовлетворить нужды науки и техники.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления.

Цель достигается тем, что жидкостный манометр, содержащий установленные в полом корпусе два металлических сообщающихся, коаксиальных сосуда с подводящими патрубками, заполненных рабочей жидкостью, и измерители уровня и температуры рабочей жидкости, снабжен термостатом с размещенной внутри него ампулой с ацетоном, выходное отверстие которой с помощью трубки соединено с отверстием, выполненным в нижней части корпуса, а корпус закрыт сверху введенной металлической крышкой-охладителем, выполненной с отверстиями, через которые пропущены подводящие патрубки сообщающихся сосудов, внутри корпуса с зазором относительно его боковых стенок установлена введенная прокладка, выполненная из термически формованного медного порошка, при этом дно корпуса выполнено наклонным.

Такая конструкция манометра позволяет создать пространство с одинаковой и постоянной температурой вокруг всей высоты сосудов с рабочей жидкостью и тем самым свести к минимуму температуpные погрешности.

На чертеже изображен манометр в разрезе.

Он содержит корпус 1, изготовленный из стали типа Х18Н10Т в виде цилиндра длиной 1300 мм с внутренним диаметром 156 мм, два коаксиально расположенных, сообщающихся цилиндра 2 с внутренними диаметрами 45 и 98 мм и длиной 1200 мм, изготовленных из той же стали, заполненных рабочей жидкостью 3 (ртутью марки Р-О), измеритель 4 уровня ртути, представляющий собой макетный образец лазерного интерферометра, измеритель 5 температуры, состоящий из блока индикации и платинового термометра типа ПТС-10М, имеющего возможность перемещаться вдоль своей высоты корпуса 1 в установленной в корпусе трубке, крышку-охладитель 6, изготовленный из указанной выше стали, прокладку 7 толщиной 5 мм, выполненную из термически формованного медного порошка, размещенную внутри корпуса 1 в непосредственной близости от его стенок с зазором, позволяющим проводить разборку манометра, термостат 8 типа ТЭН-3, в котором размещена ампула 9 с ацетоном. Выходная трубка ампулы 9 подключена к нижней точке корпуса 1, дно которого выполнено наклонным (с углом порядка 5^о), а крышка-охладитель 6 установлена в верхней части корпуса 1, причем ее нижний торец выполнен с равномерным утолщением до 10 мм к краю.

Предлагаемый жидкостный манометр работает следующим образом.

В исходном положении в ртутном манометре, содержащем корпус 1 с сообщающимися цилиндрами 2, расположенными коаксиально, уровень ртути 3 устанавливается на одной высоте, примерно на уровне средней части цилиндров. Включаются блоки управления и индикации лазерного интерферометра и измерителя 5 температуры. Далее в цилиндры 2 подаются давление Р₁ (во внутренний цилиндр) и давление Р₂ (во внешний цилиндр), разность между которыми необходимо измерить. При этом, если Р₁ > Р₂, то во внешнем цилиндре уровень ртути 3 поднимается и устанавливается на высоте h₂, а во внутреннем цилиндре уровень ртути 3 опускается и устанавливается на высоте h₁. Разность между уровнями ртути определяется с помощью лазерного интерферометра. Тогда неизвестную разность давлений можно определить из выражения

P₁ P₂ g(h₂ h₁).

Если надо измерить неизвестное давление Р₁ Р_х, то внешний цилиндр или откачивают, или в него подается известное давление Р₂ Р_о.

Точность измерения давления предлагаемым манометром выше по следующим причинам.

В процессе измерений ампула 9 с ацетоном находится в термостате 8 при определенной температуре. При этой же температуре возникает парообразование и пары ацетона распространяются во всем объеме между прокладкой 7 и внешним цилиндром 2. Пары, достигшие охладителя 6, конденсируются и через пористую прокладку 7 стекают обратно к ампуле 9. Дно корпуса 1 и утолщения охладителя 6 способствуют процессу стекания ацетона. Ацетон выбран в качестве рабочего вещества благодаря высокой теплопроводимости, достаточного давления его паров в рабочем диапазоне температур (Р 27 кПа при 20^оС), низкого значения вязкости, совместимости с материалами корпуса 1, цилиндров 2 и прокладки 7. Основное назначение прокладки 7, изготовленной из термически формованного медного порошка, связано с созданием достаточного капиллярного напора для перемещения сконденсированного ацетона от охладителя 6 к ампуле 9.

Описанные выше процессы позволяют вокруг цилиндра 2 с ртутью 3 создать пространство с постоянной и определенной температурой во время всего измерения. В результате плотность ртути 3 остается постоянной и не зависит от температуры по высоте ртутного столба. Следовательно, температурные погрешности манометра сведены к минимуму.

В результате проведенных исследований удалось установить, что температурные погрешности в жидкостном манометре уменьшаются примерно на порядок.

Жидкостный манометр предлагается для использования в разных отраслях науки и техники. Кроме того, на базе жидкостного манометра предполагается создание эталонов единицы давления и образцовых средств высшей точности, которые могут применяться в территориальных органах Госстандарта и ведомственных метрологических службах.