Прибор для измерения и задания абсолютного и относителбного давления

Союэ Советскив Социалистическив РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 07.1,1968 ( 1224645/18-10)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 11.Х.1969. Бюллетень35Дата опубликования описания 13.17.1970 ч. 421 т, 10/О МП 1 6 011УДК 531,787.3 (088,8) Комитет по делам зобретений и открытий при Совете Министров СССРРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ЗАДАНИЯ АБСОЛЮТНО И ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯИзооретение относится к области измерительной техники и может быть применено в тех отраслях промышленности, где требуется автоматическое измерение и задание давления с точностью порядка 0,1 с/с.Известны грузопоршневые приборы и поршневые приборы с центробежным уравновешиванием, содержащие измерительный блок, выполненный в виде неуплотненного поршня, вращающегося в цилиндре, систему вращения измерительного блока, цифровую систему отсчета и систему, индикации положения равновесия поршня, которые позволяют с высокой точностью производить измерение (задание) давления.Однако их показания зависят от значения ускорения силы тяжести,в данной местности.Целью изобретения является исключение зависимости показаний прибора от значения ускорения силы тяжести и расширение диапазона измерений.Для достижения этой цели измерительный блок предлагаемого прибора расположен горизонтально в корпусе между упорным регулировочным винтом и пружиной, который связан консольно с вертикальным валом системы вращения, Центробежная сила действует на неуплотненный поршень измерительного блока и уравновешивает измеряемое давление.На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого прибора; ца фцг. 2 - функциональная схема работы прибора в режиме измерения ц режиме задания давления.Работа прибора основана па принципе силовой комцсцсацсц 1 давления (измеряемого плц задаваемого) центробежной силой, прикладываемой к поршню. Измерительный элемент прибора - цеуплстценный поршень 1 перемещается в цилиндре 2 между упорами 8, огра ничцвающими ход поршня ц расположеннымина крышках 4, которые вместе с цилиндром 2 и поршнем 1 образуют камеры 5 и б. Измерв 1- тельпый блок (поршень 1, цилиндр 2 ц крышки 4) заключен в корпус 7, служащий для 15 размещения на нем вспомогательного оборудования, и при помощи рычага 8 и штифта .9 укреплен на валу 10, который через коническую передачу 11 связан с электродвигателем 12,20 Поршень 1 включает регулирующий поясок18, который через систему отверстий 14 связан с камерой 5; крыльчатку 15, при помощи которой поршень 1 приводится во вращеш 1 е сжатым воздухом, подаваемым через отвер стия 1 б в цилиндре 2; выступ 17, предназначенный для фиксации уравновешенного положения поршня 1 в цилиндре 2 прои помощи фотодатчцка, состоящего цз фотосопротцвления 18, источника 19 света, оптической системы 20 ЗО и отверстий 21 в цилиндре 2.60 65 3Цилиндр 2 содержит систему калиброванных отверстий 22 и 23, образующих вместе с пояском 13 систему авторегулирования давления; отверстия 24 и 25, которые в зависимости от схемы включения прибора связаны с компрессором (насосом) и рабочим объемом; систему смазочных канавок (поясков) 2 б - 28, в которые под небольшим избыточным давлением, образуемым сильфоном 29, подается жидкость, обладающая мальв коэффициентом вязкости.Вал 10 прибора вращается в цилиндре 30, закрепленном на основании 31 прибора, Вал 10 имеет систему поясков 32 - 34 и каналов 35 - 37, а цилиндр 30 в систе отверстий 38 - 40, которые позволяют передавать давление от неподвижных относительно основания 31 частей прибора к вращающемуся измерительному блоку. Для исключения нежидкостного трения прои вращении вала 10 в цилиндре 30 предусмотрена смазывающая система 41, состоящая из канавок и отверстий, заполненных маловязкой жидкостью.На валу электродвигателя 12 закреплен кодовый диск 43, который с источником 44 света и фотоэлеыентом 45 представляет узел индикатора скорости вращения вала 10, являясь датчиком импульсов, поступающих на вход счетчика 4 б импульсов индикатора скорости.При задании давления ключ 47 переключается в положение П, подсоединяя к входу усилителя 48 потенциометр 49, при помощи которого может быть задана определенная скорость вращения электродвигателя 12 и, следовательно, определенное давление в рабочем объеме. Стабилизация скорости вращения электродвигателя 12 осуществляется применением тахогенератора 50 обратной связи, сигнал которого сравнивается с сигналом от потенциометра 49 и служит управляющим сигналом для электродвигателя 12.Скорость электродвигателя 12 фиксируется при помощи цифрового индикатора скорости (элементы 43, 44, 45) и счетчика 4 б ямпульсов, тарированного в единицах давления.Датчик 51 при работе прибора в данном режиме применяется для фиксации равновесного положения поршня 1, т. е. момента установления заданного давления в рабочем объеме.Как видно из фиг. 1,:при вращении, вала 10 (и соответственно измерительного блока) на поршень 1 действует центробежная силаР= (1) где т - масса поршня 1;Я - расстояние от оси вращения вала 10до центра массы поршня 1;о - окружная линейная скорость вращения центра массы поршня 1.Так как о=2 лй а, где и - число оборотов вала, тоР=4 лтРа (2)Из этой формулы следует, что сила Р не зависит от широты местности, так как она опре 15 20 25 30 35 40 45 50 4 делена массой поршня 1 и всякие измененияскорости вращения вала 1 О приводят к,изменению силы Р. Прибор работает следующим образом, Режим задания избыточного давл ен и я. В исходном положении вал 10 не вращается; поясок 13 поршня 1 находится между отверстияыи 22 и 23 в цилиндре 2; на отверстие 23 и 1 б подано давление от компрессора через каналы (38, 32, 3 б); отверстие 22 соединено с атмосферой; камера б через отверстие 25 соединена с атмосферой;,камера 5 через отверстие 23 и систему каналов (35, 33, 39) соединена с рабочим объемом, л котором устанавливается заданное давление. В начальный ыомент вращения вала 10 с установившейся скоростью поршень 1 под действиеы центробежной силы Р перемещается вправо до упора 3, при этом совместятся поясок 13 поршня 1 и отверстие 23 цилиндра 2, и сжатый воздух под давлением заполняет камеру 5 через канал 14. На поршень 1 начнет действовать сила Я, определяемая давлением в камере 5, умноженным на эффективную площадь поршня 1. Направление силы Я противоположно направлению центробежной силы Р, поэтому перемещенне поршня 1 вправо прекратится в тот момент, когда сила Р будет уравновешена силой Я.Однако это равновесие пока неустойчиво, так как камера 5 соединена с источником давления через открытые каналы (23, 13, 14), поэтому давление в камере 5 начинает превосходить равновесное давление благодаря тому, что сила Я становится больше центробежной силы Р.Поршень 1 перемещается влево к положению равновесия, перейдет это положение и приоткроет своим пояском 13 отверстие 22, связанное с атмосферой, т, е. сбросит избыток давления из камеры 5 в атмосферу. Затем возвращается к положению равновесия и, если демпфирование системы осуществлено правильно, останавливается в этом равновесном положении, соответствующем вполне определенному, заданному заранее давлению в рабочем объеме.Указанный процесс установления требуемой величины давления по заданной скорости вращения вала 10 происходит автоматически. Всякое изменение давления (например, утечки в камере 5 и, следовательно, в рабочем объеме) вьгводит поршень 1 из положения равновесия вправо, тем самым соединяя компрессор с рабочим объемом системой каналов 14, в результате чего в рабочем объеме устанавливается давление, определяемое значением установившейся стабилизированной скорости вращения вала 10. Режим задания абсолютного давл е н и я. Работа прибора в случае задания абсолютного давления аналогична работе при. бора при задании избыточного давления. Отличие состоит лишь в том, что перед работой в камере б создается при помощи форвакуумноо насоса, подключенного к камере б системой аналов (25, 37, 34, 40), разрежение порядка ,01 - 0,1 мм рт. ст., а отверстие 22 так же подлючается в форвакуумному насосу. Тогда при адании в рабочем объеме и в камере 5 абсоютного давления отсчет ведется от условного уля, равного 0,01 - 0,1 мм рт. ст.Режим измерения избыточного а в л е н и я. Перед измерением избыточного авления необходимо камеру б соединить с ат:осферой; в камеру 5 подать через соответстующие каналы измеряемое давление; отвертия 22 и 23 цилиндра 2 соединить друг с друом (при этом поясок 13 поршня 1 исключаетя из работы) и ключ 47 переключить в полоение 1, При подаче давления в камеру 5 оршень 1 перемещается влево от положения авновесия. Это нарушение равновесия фиксиуется фотодатчиком 51 нулевого положения, оторый на вход усилителя 48 посылает сигал, заставляющий двигатель вращаться с таой скоростью, чтобы центробежная сила Р компенсировала бы силу Ц, обусловленную :змеряемым давлением:0 - 1 хэф (З) де Ях - измеряемое давление;5 эф - эффективная площадь поршня 1.Таким образом, при Р=Я число оборотов ала 10 однозначно определяет величину измеяемого давления, Зная чосло оборотов (по ифровому индикатору скорости), из уравнеий (2) и (3) получимР =4 - .и Р (4)8 эфэтой формуле переменной величиной являетя п - число оборотов двигателя. Поэтому ин;икатор скорости можно тарировать прямо в ;диницах давления. Режим измерения абсолютногсд а в л е н и я, Измерение абсолютного давления аналогично измерению избыточного давления, за исключением того, что в камере б следует создать вакуум порядка 0,01 - 0,1 мм.рт. ст., а все остальные соединения оставить прежним, Таким путем исключается влияние изменения давления дня (барометрическое давление) на показания прибора.Прибор можно использовать для измеренияразности давлений, если в режиме измерения в камеры 5 и б подавать давления Ри Ру, причем необходимым условием правильности измерений является выполнение условия:Р .Р,В приборе предусмотрено изменение диапазона измеряемых и задаваемых давлений, что осуществляется изменением расстояния от оси вращения вала 10 до центра массы поршня 1 путем перемещения цилиндра 2, опирающегося на пружину, регулировочным,винтом 52.Предмет изобретения25Прибор для измерения и задания абсолютного и относительного давления, содержащий измерительный блок, выполненный в виде неуплотненного поршня, вращающегося в циф линдре, систему вращения измерительногоблока, цифровую систему отсчета и систему индикации положения равновесия поршня, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния ускорения силы тяжести на процесс измерения и расширения диапазона измерений, измерительный олок расположен горизонтально в корпусе между упорным регулировочным винтом и пружиной, который связан консольно с вертикальным валом системы враще ния,257084 7 7 Составитель О. В. Лолевдактор С. И, Хейфиц Техред А. А, Камывникова Корректор Л, А, Царькова апунова, 2 ипогра аказ 71279 Тираж 480ЦНИИПИ Комигета по делам изобретений и отхрытий при СоветМосква Я(-35, Ратшская наб д 4,5 Подппсногинистров СССР