Способ измерения разности давлений и устройство для его осуществления

(19) ( 9 0111/ 51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Горлин А.МСлезингер И,И. Экспериментальная аэродинамика. М,: Машиностроение, 1979.Иванова Г,М., Кузнецов Н,Д, и Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984, с.95-96. 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах контроля и управления вентиляции и кондиционирования воздуха, Цель - повышение точности измерения. Сущность. изобретения заключается в том, что в сообщающихся трубках 1 и 2 измерение высоты столба жидкости осуществляется путем измерения времени распространения ультразвуковых сигналов от акустических преобразователей 5 до поверхности жидкости и до экранов 6 с отверстиями 7, размещенными на заданном расстоянии от преобразователей 5, Регистрирующая часть устройства содержит синхронизатор 8, подключенный к входам идентичных измерительных каналов 9 и 10, блок опроса 17, арифметическоелогическое устройство 18,индикатор 19 и генератор 8 счетных импульсов, 1 ил.50 ранов, установленных внутри 55сообщающихся сосудов на заданном расИзобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для теплотехнических измерений, например, в системах управления вентиляции и кондиционирования воздуха,Известен способ измерения давления газов, основанный на применении сообщающихся сосудов (Горлин Л,М, и Слезингер И.И. Экспериментальная аэродинамика, М., Машиностроение, 1979),Недостатком этого способа является низкая точность и сложность использования на практике.Известен способ измерения разности давлений, газообразных и жидких сред, основанный на измерении уровней рабочей жидкости в сообщающихся сосудах(Иванова Г,М., Кузнецов Н.О., Чистяков В,С, Теплотехнические измерения и приборы. М., Энергоатомиздат, 1984, с,95-96), Этот способ принят за прототип. В приборах, основанных на этом способе, реализуется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давления над ними, а при неравенстве занимают такое полокение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом, Изменение уровня жидкости либо фиксируется визуально по шкале манометра, либо по перемещению поплавка или изменению характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние,Недостатком указанного способа является низкая точность определения разности давлений, обусловленная зависимостью плотности рабочей жидкости от температуры.Цель изобретения - повышение точности, за счет уменьшения температурной погрешности, а также сохранения высокой чувствительности и надежности.Сущность данного способа заключается в том, что в рабочую жидкость с помощью ультразвуковых преобразователей, размещенных в нижней части сообщающихся сосудов, посылают ультразвуковые импульсы, измеряют время их прохождения до поверхности жидкости и обратно, а также до экстоянии от преобразователей и обратно. По времени распространения ультразвуковых импульсов до экранов определяют скорость звука в рабочей жидкости и плотность жид 5 10 15 20 25 30 35 40 45 кости при данной температуре, а затем. используя эти значения, и зная время распространения ультразвуковых импульсов доповерхности рабочей жидкости, определяют разность уровней и разность гидростатических давлений в сообщающихся сосудах,которая равна искомой величине разностиизмеряемых Давлений газа или жидкости.У данного способа по сравнению с прототипом появляется новое свойство - независимосгь от изменения температурырабочей жидкости в сообщающихся сосудах, в том числе и при их неравномерномнагреве, что приводит к увеличению точности измерения разности давлений,Существенным отличительным признаком способа является измерение временираспространения ультразвука от акустическихпреобразователей не только до поверхности жидкости, на чем основаны известныеультразвуковые уровнемеры, но и до экранов, размещенных внутри сообщающихсясосудов на заданном (заранее известном)расстоянии от акустических преобразователей.Изобретение поясняется чертежом, гдеприведена функциональная схема устройства для реализации способа,Устройство содержит две вертикальныесообщающиеся трубки 1 и 2 с рабочей жидкостью 3, закрепленные на основании 4, вдонной части трубок 1 и 2 установлены апериодические акустические преобразователи 5, на заданных, примерно равныхрасстояниях от которых 1 ь 1 и 62 размещеныэкраны 6 с отверстиями 7 (регистрирующаячасть устройства содеркит синхронизатор8), подключенный к первым входам двухидентичных измерительных каналов 9 и 10,каждый из которых содержит последовательно включенные генератор 11 зондирующих импульсов, выход которого черезпервый выход измерительного канала 9 (10)соединен со входом соответствующего акустического преобразователя 5, усилитель,12, формирователь 13, блок 14 фиксациипервого и второго эхо-импульсов, блок 15измерения времени задержки первого ивторого эхо импульсов и блок 16 счетчиков,установочный вход которого соединен с выходом синхронизатора 8, а также последовательно включенные блок 17 опроса, входыкоторого соединены с выходами первого ивторого измерительных каналов 9 и 10,арифметическое логическое устройство 18,индикатор 19 и генератор 20 счетных импульсов.Для защиты усилителя 12 от высоковольтных импульсов генератора 11 на входеусилителя 12 установлен ограничитель 20тока, выполненный, например,на диодах, В каждой иэ трубок 1 и 2 между дном и акустическим преобразователем 5 установлена конусная акустическая ловушка 21, выполненная иэ материала, имеющего большую акустическую вязкость, например, из латуни, Акустические преобразователи 5 жестко прикреплены к торцевым поверхностям ловушек 21, например, приклеены компаундом.В качестве арифметического логицеского устройства 18 и Индикатора 19 могут применяться блоки, входящие в состав программируемых микрокалькуляторов БЗ, МКидр,Способ реализуется следующим образом,В вертикальные трубки 1 и 2 в пространство над рабочей жидкостью подводят давления газа Р 1 и Р 2, разность между ними требуется измерить. Спустя время, необходимое для успокоения жидкости, с помощью акустических преобразователей в рабочую жидкость с цастотой 5001500 Гц посылают короткие ультразвуковые импульсы с несущей частотой 3 - 5 МГц и длительностью 3,5 периодов колебаний несущей цастоты. Используя те же акустические преобразователи, измеряют время прохождения ультразвуковых импульсов до поверхности рабочей жидкости и обратно к акустическим преобразователям в каждом сообщающемся сосуде 71 и ю 2, а также время прохождения импульсов, отраженных От ЭКРаНОВ тэ 1 И тэ 2, ОЧЕВИДНО, Чта Раэность уровней в сообщающихся сосудах равна:д и = п 1 - п 2 = 0,5 Ст (г 1 72)где С 1 - скорость звука в рабочей жидкости при температуре т, м/с;г 1, т 2 - время прохождения ультразвукового сигнала от акустических преобразователей до поверхности жидкости и обратно в первом и во втором сообщающихся сосудах, с;д и - разность уровней установки акустических излучателей в сообщаюшихся сосудах, м (на чертеке не показано).Разность давлений между сообщающимися сосудами выракается как:Л Р = 9,81 (п 1 - п 2) р , Па)где р- плотность рабочей жидкости притемпературе т, кг/м;з,9,81 - ускорение свободного падения,м/с . Зависимость плотности жидкОсти и скорости звука в ней от температуры описываются выражениямиСт= Сот а (т - то) мlс10 2 Ь 1 2 Ьэ 2С т=- Тэ 1 Тэ 2р о - плотность жидкости при температуре то, например при то = 20 С (принимается по справочникам), кг/мз;- обьемный коэффициент температурного расширения жидкости, градСо - скорость звука в жидкости при температуре то м/са - температурный коэффициент,м/с.град.Разность давления с учетом зависимости плотности жидкости и скорости звука в ней от температуры может быть получена из выраженияэиг 1ьР" З 1(гВ последней формуле р Со, ф; а -табЛИЧНЫЕ КОНСтактЫ, Ьэ 1, Пэ 2 И д Ь - КОН- станты измерительного прибора, следовательно, измерив только значения Х э 1 (Т э 2 ), т 1 И т 2, ПОЛУЧИМ ИСКОМУЮ ВЕЛИ- чину разности давлений Л Р,При использовании в кацестве рабочейжидкости спирта этилового с плотностью при То = 20 С Р о = 0,79 10 кг/м, скорость3 3звука в нем при этой температуре С, = 1180 м/с, температурным коэффициентом а=- =3,6 м/с.град обьемным коэффициентом температурного расширения Р = 1,1 10 и УСтаНОВКЕ ЭКРаНОВ На РаССтОЯНИЯ Ьэ 1 И 1 э 2 В диапазоне 0,05 - 0,15 м (например Ь 1 = Ьэ 2 = 0,1 м) от акустических преобразователей в сообщающихся сосудах высотой 0,5 м пределы измерения разности давлений Л Р составят 1,63797,5 Па ( д й = О).Устройство работает следующим образом.После включения прибора синхронизатор 8 начинает вырабатывать периодически следующие короткие электрические импульсы (скважность импульсов определяется быстродействием конкретного типа арифметического устройства 18), Каждым1774199 теля до поверхности жидкости в первом и втором сосудах соответственно;д и - разность уровней установки акустических излучателей. Составитель А.ЗосимовТехред М,Моргентал Корректор Н,Тупица Редактор Заказ 3921 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 52, Устройство для измерения разности давлений, содержащее О-образный манометр с первой и второй вертикальными сообщающимися трубками с жидкостью, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 10 повышения точности, в него введены первый и второй апериодические акустические преобразователи, закрепленные на торцах акустических ловушек, размещенных в донных частях сообщающихся тр 3 ок, два акра на с отверстиями, размещенных в трубках выше акустических преобразователей, первый и второй измерители интервалов времени, синхронизатор, генератор счетных импульсов и последовательно соединенные 20 блок опроса, арифметическое устройство и индикатор, при этом каждый измеритель интервалов времени содержит генератор зондирующих импульсов, выход которого соединен с соответствующими акустическим преобразователем и с последовательно включенными ограничителем тока, усилителем, формирователем, блоком фиксации первого и второго отраженных акустических импульсов, блоком измерения времени задержки первого и второго импульсов и блоком счетчиков, причем входы синхронизации генератора зондирующих импульсов, блока фиксации первого и второго отраженных импульсов, блока измерения времени задержки первого и второго отраженных импульсов, блока счетчиков подключены к выходу синхронизатора, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам блоков измерения времени задержки, а выходы блоковсчетчиков подключены к входам блока опроса, выходы которого подключены к входам конца опроса блоков счетчиков,