УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ГАЗА

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения объема газа, и может найти применение в любых отраслях промышленности.
Известно устройство для измерения объема газа, содержащее сосуд, заполненный жидкостью, и колокол, установленный в сосуде с возможностью осевого перемещения относительно него и уравновешенный через блоки грузами. Колокол сообщен с сосудом через донную часть. Устройство содержит трубку подвода воздуха под колокол, установленную соосно с колоколом и сосудом, а также средство центрирования колокола относительно сосуда (Большая Советская энциклопедия. Спирометрия, http:/slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00073/84200.htm).
Недостатком такого устройства является его сложность, громоздкость и инерционность, которая отрицательно влияет на точность определения объема газа.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для измерения объема газа, содержащее сосуд с окном для наблюдений, заполненный жидкостью, колокол со шкалой, сообщенный с сосудом через донную часть и установленный с возможностью осевого перемещения относительно него. Колокол выполнен металлическим. Устройство содержит трубку подвода воздуха под колокол, установленную соосно с колоколом и сосудом.
Средство центрирования колокола относительно сосуда выполнено в виде кольца, закрепленного в верхней части сосуда. Устройство также снабжено баллоном с воздухом для уравновешивания колокола, закрепленным в нижней его части. На колоколе нанесена шкала, а на сосуде выполнено окно для отсчетов (Т.М.Вершинина «Атмосфера и дыхание живой природы. Интегрированный урок по биологии и физике» Я иду на урок. Физика. №41 за 2003 г. рис.3)
К недостаткам такого устройства относится большой вес колокола, отрицательно влияющий на точность измерений, т.к. колокол как правило, изготавливают из латуни, меди или цинка с толщиной стенки не менее 1 мм (В.И.Лоскутов. Лабораторные приборы для измерения расхода жидкостей и газов. Машгиз. Москва 1955, на стр.210).
Когда колокол максимально погружен в жидкость, его вес компенсируется выталкивающей силой жидкости, вытесненной объемом стенки цилиндра, погруженного в жидкость. Уровень жидкости под колоколом будет почти совпадать с уровнем жидкости в сосуде (вне колокола). Когда колокол находится в верхнем положении, выталкивающая сила жидкости в сосуде на стенки колокола минимальна и максимальный вес колокола приходится на сжатие воздуха под колоколом, который давит на жидкость, понижая ее уровень и, одновременно поднимая уровень в сосуде на величину объема жидкости, вытесненной из под колокола, создавая перепад по высоте уровней. Чем больше вес колокола, тем больше перепад уровней жидкости в сосуде и под колоколом, тем больше погрешность измерения устройства.
Кроме того, такой колокол имеет большую инерционность, что также снижает точность измерения, и его необходимо уравновешивать. Наличие уравновешивающего баллона, соединенного с колоколом, усложняет конструкцию, делает ее более громоздкой.
При поступлении большого количества воздуха под колокол и максимальной высоте подъема колокола кольцо не может обеспечить точное центрирование колокола относительно сосуда, т.к. колокол из-за смещения центра тяжести может наклониться и заклиниться. Кольцо должно быть достаточно широким, но в этом случае повышается трение между ним и колоколом. Этот недостаток также негативно сказывается на точности измерений.
Техническим результатом, на достижение которого направлена данная полезная модель, является снижение веса колокола, что позволяет уменьшить погрешность от перепада жидкости в сосуде и под колоколом, снизить инерционность колокола и исключить уравновешивающее устройство, что повышает точность измерений, упрощает конструкцию устройства и уменьшает ее габариты.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение точного центрирования колокола при его подъеме, что также повышает точность измерений.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения объема газа содержит сосуд, заполненный водой, и колокол со шкалой отсчета, установленный в сосуде с возможностью осевого перемещения относительно него. Колокол сообщен с сосудом через донную часть
Устройство также содержит средство центрирования колокола относительно сосуда, трубку подвода воздуха под колокол, установленную соосно с колоколом и сосудом.
Новым в полезной модели является то, что колокол выполнен из прозрачного синтетического полимерного материала, плотность которого близка к плотности воды, например полиэтилентерефталата или полистирола.
Средство центрирования колокола и сосуда выполнено в виде стержня, расположенного внутри трубки с зазором и закрепленного в верхней части колокола. Колокол имеет дно с центрирующим отверстием под трубку и отверстиями для сообщения с сосудом. Длины трубки и стержня выбраны из условия, что при любом положении колокола торец трубки расположен выше торца стержня. Для увеличения обзора вместо окна все стенки сосуда могут быть выполнены прозрачными.
На прилагаемых чертежах изображено предлагаемое устройство.
фиг.1 - общий вид;
фиг.2 - вид А фиг.1
фиг.3 - вариант выполнения стержня 8 фиг.1
3
3
3
Устройство для измерения объема газа содержит сосуд (фиг.1), заполненный водой, колокол 2, сообщенный с сосудом 1 через отверстия 3 (фиг.2) в дне 4 колокола 2. Колокол 2 (фиг.1) установлен с возможностью осевого перемещения относительно сосуда 1. Колокол 2 выполнен из прозрачного синтетического полимерного материала, плотность которого близка к плотности воды (1 г/см), например полиэтилентерефталата, плотность которого равна 1,38-1,41 г/см или полистирола с плотностью 1,061 г/см. Наличие дна 4 (фиг.2) обеспечивает жесткость колокола 2, что позволяет выполнять его стенки тонкими - 0,2 мм. Для наблюдения за перемещениями колокола 2 (фиг.1) стенки сосуда 1 могут быть выполнены прозрачными, из того же материал, что и колокол 2. На колоколе 2 нанесена шкала 5.
В дне 4 (фиг.2) колокола 2 выполнено центрирующее отверстие 6, в котором размещена трубка 7 (фиг.1, 2)подвода воздуха под колокол 2, установленная соосно с колоколом 2 и сосудом 1. Средство центрирования колокола 2 относительно сосуда 1 выполнено в виде стержня 8 (фиг.1, 2), расположенного внутри трубки 7 с зазором 9 (фиг.2) и закрепленного в верхней части колокола 2 в колпаке 10 (фиг.1) для стравливания воздуха из-под колокола 2. Длины трубки 7 и стержня 8 выбраны из условия, что при любом положении колокола 2 торец трубки 7 расположен выше торца стержня 8. Стержень 8 может иметь продольные пазы 11 (фиг.3) для увеличения проходного сечения между трубкой 7 и стержнем 8.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Колокол 2 устанавливается в нулевое положение по шкале 5 путем стравливания воздуха из-под колокола 2 с помощью колпака 10. По трубке 7 через зазор между ней и стержнем 8 под колокол 2 подается воздух. Колокол 2 поднимается вверх, скользя стержнем 8 в трубке 7. Длины стержня 8 и трубки 7 обеспечивают расположение стержня 8 в трубке 7 при любом положении колокола 2, что обеспечивает соосность колокола 2 относительно сосуда 1.
Количество воздуха, поступившего под колокол 2 определяется по формуле:
V=ΔV*H, (1), где
Н - количество делений подъема колокола 2 по шкале 6;
ΔV - цена одного деления.
Т.к. колокол 2 выполнен из материала с малой плотностью и с малой толщиной стенки, то вес колокола, по сравнению с колоколом из металла будет значительно меньше, и, следовательно, перепад h между уровнями жидкости под колоколом 2 и в сосуде 1, который появляется от действия веса колокола 2 через воздух на воду, находящуюся под колоколом 2, также будет значительно меньше, что снижает погрешность устройства.
Благодаря тому, что колокол выполнен прозрачным, по шкале 5 можно определить уровень жидкости под колоколом 2. Перепад h определяется по шкале 5 как разность между уровнями жидкости под колоколом 2 и в сосуде 1.
Учет этого перепада позволяет определить количество воздуха, поступившего под колокол 2 с высокой точностью. В этом случае объем воздуха под колоколом 2, определенный по формуле 1, корректируется с учетом этого перепада и атмосферного давления по формуле:
о
о
V=V(1+h/Н), где
V - объем воздуха под колоколом,
h - перепад уровней жидкости в устройстве,
о
Н - атмосферное давление.
Обеспечение соосности колокола 2 и сосуда 1 с помощью стержня 8, размещенного в трубке 7, также повышает точность измерений за счет исключения перекоса колокола 2 относительно сосуда 1.
Кроме того, выполнение колокола 2 из материала с малой плотностью, позволяет исключить уравновешивающее устройство.