Грузопоршневой мановакуумметр

 

О П И С А Н И Е f98738

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 13.Х11.1965 (№ 1042740/26-10) 1(л. 42k, 10/01 с присоединением заявок № 1042742/26-10 и № 1042739/26-10

Приоритет

МПК G 01/

УДК 531.787.3(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 28.VI.1967. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 26.VIII.1967

Авторы изобретения

И. A. Ягодкин, В. H. Павлов, Б. И, Фридкин, И. С. Бородка;

1О. Д. Иванов, Г. К. Сартаков и М. П. Лившиц".- - 1 ° l

Ленинградский механический институт лй 0; .

Заявитель

ГРУЗОПОРШНЕВОЙ МАНОВАКУУММЕТР

Известны грузопоршневые мановакуумметры, содержащие два взаимно уравновешенных неуплотненных поршня, вращающихся в цилиндрах, систему создания давления (разре>кения) сжатого воздуха, управляемую ручными вентилями, эвакуированный объем, в котором задается или измеряется давление (разрежение) и систему автоматической установки и снятия грузов.

Предложенный грузопоршневой мановакуумметр отличается от известных тем, что в нем для автоматизации процесса задания (измерения) избыточного давления (разрежения) и его автоматической стабилизации с высокой точностью, а также с целью улучшения техники безопасности поршни снабжены каналами, соединенными с цилиндрическим пояском соответствующего поршня, расположенным в положении равновесия поршней на равном расстоянии от верхнего и нижнего отверстий цилиндра. Один из каналов при задании давления соединен с эвакуированным объемом и через верхнее отверстие цилиндра — с компрессором, а второй при задании разрежения — с эвакуированным объемом и через нижнее отверстие цилиндра — с вакуумным насосом. Для компенсации давления дня при задании (измерении) абсолютнопо давления (разре кения) канал поршня, предназначенного для компенсации давления дня, непосредственно соединен с вакуумным насосом.

Кроме того, для одновременного задания (измерения) избыточного давления и разрежения применена вторая пара взаимно уравнове5 шенных неуплотненных поршней, причем канал первого поршня этой пары соединен с объемом, в котором задается (измеряется) избыточное давление, и через верхнее отверстие цилиндра — с компрессором.

10 Таким образом описываемый прибор позволяет устанавливать давление (разрежение) в эвакуированном объеме по любому затухающему закону (гармоническому, апериодическому или монотонно апериодическому).

EIa фиг. 1 изображена принципиальная схема прибора для задания (измерения) избыточного давления (разрежения); на фиг. 2— расположение цилиндрического пояска порш20 ня относительно отверстий цилиндра в по.пожении равновесия поршня; на фиг. 3 — кинематическая схема вращения поршня; на фиг. 4 — принципиальная схема отсчетного устройства; на фиг. 5 — принципиальная схе25 ма прибора для задания (измерения) абсолютного давления с компенсацией барометрического давления; на фиг. 6 — припципиаль»asr схема прибора для одновременнопо задания (измерения) избыточного давления и раз30 режения.

198738

Принцип действия описываемого прибора

0 с н 0 в а I i н 3 г 1 I 1Р 0 c T 3 T K I c c K 0 É c I I. I 0 в о и K 0 м п е I Iсацпи симметричпо расположе1 III Ix поршневых груп11 с д;1фференциальной схемой отсчета.

Прибор состоит из неуплотненных поршней

1 и 2, враща1ощихся в цилиндрах 8 и 4 и имеющих одн11аковые веса и геометрические размеры. В верхней части поршней размещены диски 5 и 6, па которые накладывают или сш1мают грузы 7. Нижние камеры 8 и 9, расположенные под поршнями, заполнены жидкостью с малым коэффициентом вязкости и соединены >le>Kqy c00011 >Kcc Klcl1 патрубком

10. Вследствие равенства весов поршни всегда уравновешены:1 занимают одно и то же полО>ке101с, если давления В камерах 11 и 12, изолирующих прибор от влияния внешней среды, одинаковы. Возможное опускание поршней за счет просачивания жидкости через зазоры между поршнями и цилиндрами устраняется подкачиванпем жидкости чсрез игольчатый вентиль 18 сильфоном 14. Положение дисков 5 и 6, жестко закрепленных на поршнях, с помощью оптической системы проектируется на экран 15, на котором нанесен бпссектор, причем в уравновешенном положении проекции дисков должны находиться внутри биссектора. Для уменьшения влияния трения поршней в цилиндрах последние враLU310тся 0т элcliTJ 0двиг3тслей 16 и 17 Icрез редукторы 18 и 19, шкивы 20, 21 и 22, 28 и поводковые устройства 24.

Поршень 1, жестко связанный с диском 5, получает вращение от электродвигателя 25 через вакуух1ную муфту 26, червячную пару

27, зубчатую передачу 28, диск 29 и водило

80. автоматическое поддерживание заданного давления (разрежения) осуществляется с помощью системы калиброванных отверстий 81 и 82 цилиндра 8 и пояска 88 поршня 1 и калиброванных отверстий 84 и 85 цилиндра 4 и пояска 86 поршня 2, причем пояски 88 и 86 соединены с камерами 11 и 12 каналами 87 и 88. система создания давления (разре>кения) сжатого воздуха состоит из вакуумного пасоса 89, компрессора 40, вентилей 41, 42, 48, 44, 45, включение которых определяет режим работы прибор а. Эва куированпый объем 46 предназначен для задания (измерения) давления или разре>кения.

На диске 5 ко1щентрично оси вращения поршня укреплено стеклянное кольцо 47, на наружной стороне которого нанесена кольцевая риска. Объектив 48 строит изображение риски на экране 15 с 12-кратным увеличением. На экране нанесены две непрозрачные риски через 1,2 11 11 (биссектор) . Попадание проектируемой на экран риски кольца в биссектор указывает ца равновесное поло>кение поршней и моментов отсчета задаваемого (измеряемого) давления (разрс>кения) . Риска кольца 47 освещается лампочкой 49 через конденсор 50 и призму 51.

Прибор может работать в следующих режимах; задание разре>кения или давления, измерение разрежения или давления.

Задание разрежения. В этом режиме камеру 11 соединяют с объемом 46 вентилем 48, калиброванное отверстие 82 — с атмосферой вентилем 41, вакуумный насос 89— с отверстием 81 вентилем 42, вентиль 44 сообщает камеру 12 с атмосферой и перекрывает другой вход в объем 46, состояние вентиля 45 безразлично. Пренебрегая силами трения, условие равновесия поршня 1 можно записать в виде: Q=pF,, где Q — вес грузов, находящихся на диске

15 поршня, в граммах. р — разрежение в камере 11 в г/сл2, F,— эффективная площадь поршня в см2.

Таким образом, задаваемое разрежение определяется величиной грузов, находящихся на

20 . диске поршня.

На диск поршня 1 устанавливают грузы 7, под действием которых поршень опустится в цилиндре 8 до нижнего положения, а поршень 2 в цилиндре 4 поднимется до верхнего. Камера 11 и объем 46 через канал 87, поясок 88 и калиброванное отверстие 81 подключаются к вакуумному насосу. При достижении разрежения, соответствующего установленным грузам, поршень 1 начинает под30

65 пиматься и калиброванное отверстие 81 постепенно перекрывается телом поршня. Когда ни>кисе 81 и верхнее 82 отверстия перекрыва1отся телом поршня, разрежение в объеме 46 будет соответствовать заданному. Если разрежение в камере 11 и объеме 46 превысит заданное значение, то поршень 1, поднимаясь, соединит камеру 11 и объем 46 через поясок

88 и отверстие 82 с атмосферой; в этом случае разре>кение в камерах уменьшится и поршень начнет перемещаться вниз, закрывая отверстие 82, и так до достижения равновесного положения, которое фиксируется на экране 15.

Лвтоматическая смена грузов, например увеличение их, приводит к опусканию поршня вниз и соединению камеры 11 и объема 46 с вакуумным насосом, в результате чего разрс>«eIsve возрастает и поршень вновь идет вверх — в равновесное положение. Закон нарастания разрежения в камерах при выбранных ра".ìåðàõ высоты пояска 88 и расположения отверстий 81 и 82 относительно этого пояска определяется расходными характеристиками игольчатых вентилей 41 и 42. После окончания работы на приборе грузы автоматически снимают с диска поршня, поршень идет вверх и соединяет камеру 11 и объем 46 через канал 87, поясок 88, отверстие 82 и вентиль 41 с атмосферой. Положение равновесия поршня указывает на то, что в измеряемом, об ьеме установилось атмосферное (барометрическое) давление.

Задание избыточнoI о давления.

В этом режиме камеру 11 соединяют с атмосферой вентилем 48; объем 46 подключают к

198738 камере 12 вентилем 44: компрессор 40 вентилем 45 подключают к отверстию 85, а отверстие 84 сообщают с атмосферой; корпус камеры 12 для создания герметичности с усилием поджимают к основанию.

Для задания определенного избыточного давления на диск поршня 1 накладывают прежние грузы 7, при этом поршень 2 занимает крайнее верхнее положение, соединив компрессор 40 через отверстие 85, поясок 86 и канал 88 с камерой 12 и объемом 46. Под действием давления, поступающего в эти камеры, поршень 2 начинает опускаться тогда, когда действующая на поршень сила уравновесится установленными грузами, В случае опускания поршня 2 ниже равновесного положения, отверстие 34, соединенное с атмосферой, начинает приоткрываться, сбрасывая лишнее давление в атмосферу и возвращая поршень в равновесное поло>кение. Дальнейшая работа прибора для задания избыточного давления происходит аналогично работе прибора при задании разрежения.

Измерение давления и разрежеч и я. Режим измерения избыточного давления и разре>кения отличается от предыдущих режимов обратной последовательностью. В этих режимах объем 46 подключают либо к камере 11 (при измерении разрежения), либо к камере 12 (при измерении давления), затем установкой грузов на диск 5 добиваются возвращения поршней в равновесное положение, которое фиксируется на экране 15. Отсчет производится автоматически суммиро.ванием наложенных на площадку грузов.

Прибор охватывает область задания и измерения разрежения от барометрического давления до 0,1 л л! рт. ст. и область избыточного давления от 0 до 2400 лм рт. ст. с шагом в 0,1 л1м рт. ст.

Прибор для задания (измерения) абсолютIIo1Io давления с компенсацией давления дня может работать в следующих режимах: задание разрежения или относительного разрежения или изоыточного давления; измерение разрежения, относительного разрежения или избыточного давления.

Задание р а з р е >к е н и я. За начало отсчета принимается разрежение, создаваемое вакуумным насосом (порядка 0,01 — 0,05 11,11 рт. Ст.). В этом режиме правая поршневая группа применяется для создания начала отсчета, а левая — в качестве задатчика. Перед началом работы необходимо сделать следующие переключения: закрыть вентили 52, 53, 54, 55, 56, соединить вакуумный насос 89 вентилем 57 с камерой 12 и вентилем 42 с отверстием 31, камеру 11 соединить с объемом 46 каналом 58 через вентиль 48, а вентилем 41 соединить отверстие 82 с атмосферой. Если теперь через трубопровод 59 производить откачку воздуха из камеры 12, то поршень 2 под действием силы, создаваемой действующим разрежением, будет подниматься вверх.

Для компенсации этой силы на диск 6 накла;1ываloT грузы 7 такой вслпчп ы. при которой достигается равновесие поршня. ВследcTBEIc достаточно хорошего постоянства разрс>кенил, создаваех!ОГО вак, х ы!!ыъ! насосом, поршень 1 может быть уравновешен с точностью не менее 10 — 15 лг; длительность vpBBповешиваш1я поршней пе более 30 сек.

Грузы 7, находящиеся па диске поршня 2, пере!"улирусмые: нх вели шна заведомо больше, что необходимо при компенсации силы разрежения. При этом условии поршень 1 при разрсжс11111 порядка 0,01 — 0,05 л1л рт. ст. буIcT па>;одиться в . и>кием предельном положении, а для точного уравновешивания поршня приEiIсI!я10т разновсс з!, IbIе накладыва!от на диск 5 поршня 1 (автоматически плп вручную). После приведеш1я поршней в равновесие пр11бор готов для задания абсолютного разрежения. Для этого на диск поршня 1 автоматически накладывают груз, соответствующий задаваемому разрежению. При этом поршень 1 опускается до предельного поло>IEcI!II!I, соединяя камеру 11 и объем 46 через капал 37, поясок 88, калиброванное отверстие

81 с вакуумным насосом 89. При достижении требуемого разрежения поршень начинает перл!ещат1 ся вверх. перекрывая телом отверстие И. Если при своем движении поршень пройдет равновесное положение и поясок 88 приоткроет отверстие 32, то камера 11 через вентиль 41 соединится с атмосферой, разрежение в пей уменьшится и поршень вновь пойдет вниз, к равновесному по;1ожению. Закон установления разрежения в камере 11 и

Объеме 46 обеспечивается настройкой игольчатого вентиля 42, которьш регулирует расход воздла, откачиваемого вакуумным насосом.

Задание относительного разре4о >к е и и я. При подготовке данного режима сп!!!!а!от грузь! с диска 6: вентили 57, 56, 55, 60 закрывают и связывают вентилями 41, 53 соответствующие кана Ibl с атмосферой; вентили 42, 48 открывают. Перед началом рабо4> ты проверяют равновесное положение поршI1ci. Задание разрежения производят наложение грузов 7 па диск 5. При этом поршень опускается до своего нижнего положения, соединяя объем 46 и камеру 11 через канал 37, поясок 83 и отверстие И с вакуумным насосом. По мере повышения разрежения в камере

1I иобъеме46наступает момент, когда вес установленного груза уравновешивается силой от созданного в камере ll и объеме 46 разрежения. Процесс установления заданного относительного разрежения происходит аналонично

Оп!!Сапному (см. задание разрежения). Измерение разрежения происходит в Обратном порядке путем уравповешивашю силы от разре6О жсппя, действующей ва поршень 2, с помощью автоматического подбора грузов, устанавливаемых на диск 5, и снятия отсчета.

Задание избыточного давления.

В этом режиме камеру 12 герметизируют под65 жатием к основанию; вентили 41, 43, 57, 60

198738 закрывают, а вентили 52, 58, 54, 56 открывают. Величину задаваемого давления определяют весом грузов 7, установленных на диске поршня 2; при наложении грузов поршень опустится, а поршень 2 поднимется до предельных положений и компрессор 40 через калиброванное отверстие 85, поясок 86 и канал 88 окажется подключенным к камере 12 и объему 46. Когда сила действующего на поршень 2 избыточного давления равна весу установленного груза, поршни приходят в равновесное положение, и в объеме 46 оказывается заданное избыточное давление. Если давление в камере 12 превысит требуемое значение, то поршень 2 опустится и соединит камеру 12 и объем 46 с атмосферой через отверстие 84, поясок 86 и канал 88, т. е. сороснт избыток давления в атмосферу через вентиль 58. Если давление в камере 12 и объеме

46 упадет, то поршень 2 поднимется и подсоединит компрессор 40 к камере 12 и объему46.

Измерение избыточного давления происходит в обратном порядке путем уравновешивания силы избыточного давления грузами.

На фиг. 6 изображена принципиальная схема прибора для одновременно о задания (измерения) избыточного давления и разрежения.

Прибор содержит при поршневых группы, две из которых предназначены для задания разрежения с компенсацией давления дня, а третья предназначена для задания избыточного давления. Прибор может работать в следующих режимах: задание разрежения или избыточного давления и измерение разрежения или избыточного давления.

Задание разрежения. Перед началом работы производят следующие переключения: закрывают вентили 52, 54, 55, 53, 60, 56, открывают вентили 57, 61, 42 и вентилем 41 соединяют отверстие 82 с атмосферой. При таких переключениях вакуумный насос связан через отверстие 81, поясок 88, канал 87 с камерой 11 и камерой 12 трубопроводами 62 и 68.

Эвакуированный объем 46 в этом случае отключен и требуемое разрежение создается в объеме 64. Автоматическое поддержание заданного разрежения осуществляется с помощью системы калиброванных отверстий 81 и

82 цилиндра 8 и пояска 88 и канала 87 поршня 1. (Отверстия 84 и 85 цилиндра 4 и каналы 87, 88 поршня 2 при задании разрежения в работе не участвуют). Затем на диск 6 устанавливают грузы 7, величина которых заведомо больше величины, необходимой для полной компенсации силы от максимального разрежения, При этом поршень 2 при величине разрежения в 0,005 — 0,01 лы рт. ст. в камере 12 будет находиться в нижнем положении. Окончательное уравновешивание поршня

2 производят после создания постоянного разрежения в камере 12 установкой разновесов на диск 5.

Задание избыточного давления.

Устанавливают на диск 65 поршня бб грузы

60 б5

7, при этом поршень опускается до своего нижнего крайнего положения, а поршень 67 поднимается и занимает крайнее верхнее положение. В этом положении поясок 68 поршня 67 находится против канала 69, через который подается давление от компрессора 40 по трубопроводу 70 через открытый вентиль

71 по каналам 72 в камеру 73 и в мембранную коробку, находящуюся внутри объема 64.

По мере возрастания давления в камере 73 сила, действующая на поршень 67 вниз, также возрастает. При равенстве сил, действующих со стороны грузов 7 и поршня 67, система приходит в равновесное положение, поршень 67 при этом перемещается вниз и заквывает канал 69, через который подается давление от компрессора 40 в камеру 78. В случае превышения силы, действующей со стороны поршня 67, над силой со стороны грузов 7, поршень 67 проходит среднее положение и поясок 68 может приоткрыть канал

74, соединенный с атмосферой. В этом случае камера 78 будет связана с атмосферой, происходит сброс избытка давления в атмосферу, после чего поршень 67 возвращается к равновесному положению.

Каналы 75, 76, 77, 78 предназначены для подачи смазки из масленок 79.

Прибор позволяет производить одновременное задание разрежения с компенсацией барометрического (давления дня) и избыточного давлений с помощью одного прибора, обеспечивая высокую точность заданных величин разрежения и избыточного давления.

Предмет изобретения

1. Грузопоршневой мановакуумметр, содержащий два взаимно уравновешенных неуплотненных поршня, вращающихся в цилиндрах, систему создания давления (разрежения) сжатого воздуха, управляемую ручными вентилями, эвакуированный объем, в котором задается или измеряется давление (разрежение) и систему автоматической установки и снятия грузов, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса задания (измерения) избыточного давления (разрежения) и его автоматической стабилизации с высокой точностью, а также с целью улучшения техники безогасности, в нем поршни снабжены каналами, соединенными с цилиндрическим пояском соответствующего поршня, расположенным в положении равновесия поршней на равном расстоянии от верхнего и нижнего отверстий цилиндра, кроме того, один из каналов при задании давления соединен с эвакуированным объемом и через верхнее отверстие цилиндра — с компрессором, а второй при задании разрежения — с эвакуированным объемом и через нижнее отверстие цилиндра — с вакуумным насосом.

2. Мановакуумметр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью компенсации давления дня (барометрического давления) при задании (измерении) абсолютного давления (разреже198738

10 ния), канал поршня, предназначенного для компенсации давления дня, непосредственно соединен с вакуумным насосом.

3. Мановакуумметр по пп. 1 и 2, отличаюи ийся тем, что, с целью одновременного задания (измерения) избыточного давления и разрежения, применена вторая пара взаимно уравновешенных неуплотненных поршней, причем канал первого поршня этой пары соединен с объемом, в котором задается (измеря5 ется) избыточное давление, и через верхнее отверстие цилиндра — с компрессором.

198738

Составитель Л. Никиточкина

Техред Л. Я. Бриккер

Редактор Н. С. Коган

Корректоры: Г. И. Плешакова и Е. Ф. Полионова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2704/4 Тира>к 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4