КОЛОКОЛЬНЫЙ МИКРОМАНОМЕТР

Полезная модель относится к области аэрометрических измерений, в частности, к эталонным установкам измерения малых давлений.
Известны различные устройства, позволяющие воспроизводить единицу давления. К ним относятся, например, U-образный манометр, вертикальный манометр с резервуарами (чашечный манометр), наклонный манометр, манометр Бетца (поплавковый манометр), манометр типа тонущего колокола, манометр Четтока. (С.Г.Попов «Измерение воздушных потоков» ОГИЗ, ГИТТЛ, Москва, 1947 г. с.11, с.13, с.19, 20, 23, 51). Малые давления измеряются микроманометрами, которые в основном бывают жидкостными. (А.К. Мартынов. «Прикладная аэродинамика». Издательство «Машиностроение». Москва, 1972 г., с.136).
При измерениях давления выбор манометра определяется поставленной целью и требуемой точностью измерений. Существующие манометры позволяют измерять разности давлений от 100 до 4000 Па, с погрешностью порядка 0,1 Па. Главным недостатком известных манометров является неспособность с их помощью определять давление в диапазоне от 0 до 100 Па. Указанная область давлений практически лишена эталонных средств.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели, принятым за прототип, является микроманометр, созданный на базе равноплечных аналитических весов АДВ-200, один из известных микроманометров, способный производить измерения в диапазоне от 0 до 100 Па. (Н.И.Велик «Приборы для измерений малых разностей давления газов» Машгиз, 1957 г.с.70). Этот микроманометр состоит из двух колоколов, подвешенных на коромыслах равноплечих весов. Колокола погружены в жидкость, заполняющую кювету, общую для обоих колоколов. При равенстве давлений в полостях колоколов система находится в равновесии. При измерении, под один из колоколов подается давление, равновесие системы нарушается и затем восстанавливается с помощью разновесов, по величине которых и определяется давление. Верхний предел измерений микроманометра составляет ~100 Па, приведенная погрешность около 0.02%. Ход колоколов по отношению к уровню жидкости равен примерно ±5 мм. Из-за нерегулярности процесса смачивания при относительно большом ходе колоколов и большой поверхности смачивания на поверхности колоколов при измерениях остается большое количество жидкости, что и определяет погрешность измерений.
Кроме этого, равноплечие весы, используемые в микроманометре с двумя колоколами, не позволяют автоматизировать процесс измерений.
Задачей и техническим результатом, решаемых полезной моделью, являются разработка микроманометра высокой точности, способного производить измерения в диапазоне предельно малых давлений от 0 до 100 Па с возможностью автоматизации процесса измерений.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в полезной модели, содержащей колокол, кювету для жидкости, канал подачи разности давления под колокол, использованы аналитические тензовесы, которые установлены на платформе, опирающейся тремя стойками на основание, имеющее три опоры: одну нерегулируемую и две регулируемые, а колокол подвешен к балке тензовесов с помощью крючка и держателя.
На фиг.1 приведена конструктивная схема колокольного микроманометра.
На фиг.2 представлены зависимости погрешности измерений от давления для предлагаемого микроманометра и прототипа.
Колокольный микроманометр фиг.1 содержит электронные тензометрические весы 1 размещеные на платформе 2, установленной на основании 3 на трех стойках 4, при этом основание оснащено тремя опорами: две из которых регулируемые 5 и одна не регулируемая 6. На основании размещается кювета 7, в которую залита жидкость. Кювета имеет канал 8 для подачи давления Р под колокол 9, подвешенный за держатель 10 к крючку 11, в свою очередь прикрепленному к балке 12 тензометрических электронных весов 1.
Принцип действия предлагаемого микроманометра основан на измерении аналитическими тензовесами уменьшения веса колокола силой, создаваемой давлением, подаваемым под колокол.
Микроманометр работает следующим образом. Измеряемое давление Р подается под колокол, под действием этого давления возникает сила, изменяющая первоначально измеренный аналитическими тензовесами вес колокола. Изменение веса колокола измеряется также аналитическими тензовесами и после этого величина измеряемого давления определяется по формуле:
P=mg/S
Где:
Р - измеряемое давление [Па],
m - показания тензовесов [кг],
2
g - ускорение свободного падения [м/с],
2
S - площадь дна колокола [м]
При выполнении измерений одноколокольным микроманометром цена младшего разряда весов составляет 0,1 мг. У микроманометра с двумя колоколами цена одного деления отсчетного устройства возрастает до 1 мг. А так как за счет применения аналитических тензовесов, ход колокола при наибольшей нагрузке не превышает 0,01 мм (по сравнению с 5 мм у прототипа), и поверхность контакта колокола с жидкостью меньше, чем у двух колоколов прототипа, ожидаемая погрешность измерений будет меньшей. Две эти особенности предлагаемой полезной модели: малая величина цены деления младшего разряда весов (0,1 мг) и малая величина перемещения колокола (0,01 мм) позволяют получить микроманометр с погрешностью на верхнем пределе измерений 100 Па не более 0,01% (у двух колокольного микроманометра - 0,02%). Это также подтверждается приведенными на фиг.2 зависимостями погрешностей от давления для двухколокольного и одноколокольного манометров.
Таким образом, предлагаемый одноколокольный микроманометр позволяет осуществлять передачу размера эталонной единицы давления рабочим средствам измерения в диапазоне 0÷100 Па с погрешностью 0,01%. Причем, используемые электронные аналитические тензовесы, имеют специальный интерфейс, обеспечивающий их подключение к персональному компьютеру, что обеспечивает автоматизацию процесса измерений.