Жидкостный манометр

 

Изобретение относится к метрологии и к области измерения давления в различных отраслях промышленности и для научных исследований. Манометр содержит профилированную трубку с несколькими U-образными секциями разного диаметра, заполненными жидкостью. Предохранительный блок выполнен в виде патрубка с переменными диаметрами. Верхний зауженный торец патрубка связан со средой, в которой измеряется давление. Отсчетный блок выполнен в виде шкалы, нанесенной на тело вращения. Шкала свободно перемещается относительно трубки. На поверхности секции большего диаметра размещен поплавок. Секция манометра может быть выполнена в виде винтовой спирали из нескольких витков с вертикальным шагом. Технический результат - расширение функциональных возможностей и упрощение конструкции при сохранении точности и надежности измерений. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерений и метрологии и может быть использовано для измерения давления в различных отраслях промышленности и для научных исследований.

Известен жидкостный манометр, содержащий установленные в полом металлическом корпусе два сообщающихся коаксиальных сосуда с подводящими патрубками, заполненных рабочей жидкостью, и измерители уровня и температуры жидкости. Манометр имеет термостат с размещенной внутри него ампулой с ацетоном, выходное отверстие которой с помощью трубки соединено с нижней частью корпуса, который закрыт сверху крышкой-охладителем (патент РФ N 2051346, кл. G 01 L 1/18, опубл. БИ N 36 от 27.12.95). Такая конструкция манометра обеспечивает стабилизацию температуры по всей высоте сосудов с рабочей жидкостью и тем самым сводит к минимуму температурные погрешности при измерении давления.

Однако такое устройство имеет сложную конструкцию, предполагает использование в качестве измерителя уровня рабочей жидкости (ртути) лазерного интерферометра, а в качестве измерителя температуры платинового термометра и поэтому относится к группе эталонных средств измерения давления, что ограничивает его функциональные и оперативные возможности.

Наиболее близким по технической сущности и применению к предлагаемому устройству является жидкостный манометр, описанный в патенте РФ N 2006015, кл. G 01 L 7/18, опубл. БИ N 1 от 15.01.94. Такой манометр содержит U-образную трубку, оба конца которой частично заполнены рабочей жидкостью, отсчетный и предохранительный блоки, размещенные в верхних частях колен трубки. Отсчетный блок выполнен в виде прозрачной прямоугольной призмы с отсчетными шкалами на ее передней и задней гранях, а предохранительный блок - в виде установленных в каждом колене трубки сопла и осесимметричного поплавка, размещенного на поверхности рабочей жидкости и одновременно выполняющего роль клапана. Поплавок может иметь форму шара и выполнен из материала, имеющего знак смачиваемости рабочей жидкостью противоположный по отношению к материалу трубки, которая выполнена прозрачной, а прямоугольная призма скреплена одной гранью с U-образной трубкой.

Хотя в этом устройстве отсчетного блока исключается паралакс при отсчете показаний уровня жидкости в обоих каналах по делениям прямоугольной призмы и центрируемого по оси трубки поплавка, однако точность измерений не высока, т. к. измерения уровня жидкости проводятся в двух каналах и ошибки измерения удваиваются. Кроме того, точность измерения максимальна, если направление отсчета перпендикулярно поверхности шкалы призмы и плоскости колен трубки, что требует специальной установки манометра относительно наблюдателя. Это затрудняет применение U-образного жидкостного манометра в комбинации с другими приборами, исключающими такую постановку манометра. Кроме того, установка в торцах колен трубки сопел и использование специальной формы поплавка, который должен выполнять две функции: быть меткой отсчета при измерениях уровня жидкости и клапаном сопла, усложняют конструкцию, снижают точность измерений и по мере износа клапана-поплавка снижают надежность работы жидкостного манометра.

Использование двух шкал для измерения уровня жидкости в обоих каналах усложняет работу по юстировке манометра и установке их в нулевое положение, а также при каждом измерении нужно проводить два измерения по двум шкалам, что невозможно сделать при измерениях давления, меняющегося со временем. Отсчет давления проводится не по всей длине трубки, а только на прямых концах ее, что увеличивает габариты устройства. В случае резкого увеличения давления поплавок одного из колен закрывает сопло и снова включается в работу после установления давления, соответствующего интервалу измерения манометра, что не позволяет получить информацию о величинах таких скачков давления.

Технической задачей предлагаемого жидкостного манометра является расширение функциональных возможностей устройства, упрощение конструкции при сохранении высокой точности и надежности измерений.

Эта техническая задача достигается тем, что в жидкостном манометре, содержащем профилированную трубку, частично заполненную рабочей жидкостью, поплавок, отсчетный и предохранительный блоки, профилированная трубка выполнена по крайней мере из двух секций переменного сечения и формы, отсчетный блок выполнен в виде тела вращения, охватывающего указанную трубку, предохранительный блок выполнен в виде патрубка с переменным сечением, через верхний зауженный торец которого осуществляется контакт со средой.

Кроме того, секция манометра выполнена в виде винтовой спирали из нескольких витков с вертикальным шагом.

Профилированная трубка с отсчетным и предохранительным блоками непосредственно погружены в резервуар с рабочей жидкостью.

Дополнительно профилированная трубка жестко закреплена на стенке резервуара с рабочей жидкостью.

В жидкостном манометре шкала отсчетного блока нанесена на поверхность трубки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 приведена схема жидкостного манометра с искаженной U-образной секцией, на фиг. 2 - жидкостный манометр с секцией в виде винтовой спирали, на фиг. 3 изображен жидкостный манометр, погруженный в резервуар с жидкостью, на фиг. 4 показан жидкостный манометр с совмещением измерительной шкалы и трубки, на фиг. 5 - манометр, закрепленный на стенке резервуара, на фиг. 6 приведена схема предохранительного блока.

Манометр содержит профилированную трубку 1 с искаженными U-образными секциями разного диаметра 2 и 3, заполненными рабочей жидкостью 4, предохранительный блок 5, выполненный в виде патрубка 6 с переменными диаметрами, через верхний зауженный торец 7 которого осуществляется контакт со средой, в которой измеряется давление. Отсчетный блок манометра 8 выполнен в виде шкалы 9, нанесенной на тело вращения 10, которая может свободно перемещаться относительно трубки 1, и закрепленной на жестком каркасе 11 или непосредственно на поплавке 12, который плавает на поверхности 13 секции манометра большего диаметра.

Профилированная трубка 1 может устанавливаться на кронштейне 14, закрепленном на стенке 15 технологической жидкостной камеры, выполняющей функции секции манометра большего диаметра. Трубка 1 может быть выполнена из прозрачного материала, при этом измерительная шкала нанесена непосредственно на поверхность трубки 16.

Профилированная трубка может быть выполнена также с секциями 17, 18 в виде спирали с вертикальным шагом, свободно погружаемый в технологический резервуар с жидкостью.

Поплавок 12 может быть выполнен в виде тора 19, в котором коаксиально расположены и закреплены цилиндрическая шкала и профилированная трубка, при этом манометр свободно плавает на поверхности 20 технологической камеры или резервуара с жидкостью, например водой.

В предохранительном блоке 5 при скачках давления возникает капиллярный эффект и поверхность натяжения 21 удерживает рабочую жидкость от переливания.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно шкала 9 на отсчетном блоке 8 устанавливается в нулевое положение, для чего в оба торца профилированной трубки 1 подается давление от одного источника, например атмосферы. Ноль шкалы 9 будет соответствовать уровню жидкости в секции 2. Подавая в трубку давление P через верхний зауженный торец 7 получают перемещение жидкости к трубке 1 относительно уровня в секции 2, которое замеряют по шкале 9. При этом нулевая отметка следует за изменением уровня жидкости в секции 2.

В случае роста давления уровень жидкости достигает предохранительного блока 5 и ограничивается капиллярным эффектом и противодавлением за счет поверхностного натяжения самой жидкости.

Секция 2 может иметь разные сечения, большее сечение секции 1 и в пределе ее функцию выполняет сам объем жидкости в технологической камере. Величина давления определяется по высоте H столба жидкости в профилированной трубке 1 или по длине L заполненной жидкостью части спирали: P = g· γ H, (1) P = g· γ L, (2) где g и γ - константы.

При выполнении трубки 1 в виде спирали 17, 18 уровень жидкости в устройстве измеряется с помощью цилиндрической шкалы 9, на которой фиксируются число заполненных жидкостью витков спирали и угол ϕ. При этом точность измерения существенно повышается, поскольку при одинаковом давлении P длина заполненной жидкостью части увеличивается в несколько раз: L/H = π D/h, (3) где D - диаметр и h - шаг винтовой спирали.

Если D = 100-200 мм и h = 10 мм, то L/H = 31,4-62,8, во столько же раз увеличивается точность измерений.

Формула изобретения

1. Жидкостный манометр, содержащий профилированную трубку, частично заполненную рабочей жидкостью, поплавок, отсчетный и предохранительный блоки, отличающийся тем, что профилированная трубка выполнена по крайней мере из двух секций переменного сечения и формы, отсчетный блок выполнен в виде тела вращения, охватывающего указанную трубку, предохранительный блок выполнен в виде патрубка с переменным сечением, через верхний зауженный торец которого осуществляется контакт со средой.

2. Жидкостный манометр по п.1, отличающийся тем, что секция манометра выполнена в виде винтовой спирали из нескольких витков с вертикальным шагом.

3. Жидкостный манометр по п.1, отличающийся тем, что профилированная трубка с отсчетным и предохранительным блоками непосредственно погружена в резервуар с рабочей жидкостью.

4. Жидкостный манометр по п.1, отличающийся тем, что профилированная трубка жестко закреплена на стенке резервуара с рабочей жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6