Грузопоршневые манометры

Грузопоршневые манометры в основном применяются для градуировки и поверки различных видов пружинных манометров, так как отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений — от 0,098 до 980 МН/м2 (1 — 10000 кгс/см2).

Принцип действия грузопоршневых манометров следующий. На поршень, свободно движущийся в цилиндре, действуют две силы: сила от давления жидкости, с одной стороны, и сила тяжести положенных на поршень грузов, с другой стороны. При равновесии поршня давление

где G — сила тяжести поршня;

G1 — сила тяжести грузов, положенных на поршень;

s— площадь поршня.

Эта формула справедлива лишь в том случае, когда можно пренебречь силами трения, действующими на поршень при его движении в цилиндре. В действительности в цилиндре имеется масло. При опускании поршня в зазоре двигается (поднимается) жидкость, появляются силы трения, действующие на поршень в противоположном направлении. С учетом их влияния

где Т — сила жидкостного трения;

åG — сила тяжести поршня и грузов.

Сила жидкостного трения определяется по формуле

Т = рp r0 (r - r0) = рp r0D

где r и r0 — радиусы цилиндра и поршня; D — зазор между цилиндром и поршнем.

Подставляя значение Т в формулу получим

следовательно, площадь поршня, воспринимающая давление (эффективная или рабочая площадь), больше физической площади на величину, равную половине площади кольцевого зазора.

Величину зазора с достаточной точностью можно определить по величине скорости опускания погруженого поршня в цилиндре (рис.6 – схема поршневого манометра). Эта скорость равна

где р — давление на поршень в Н/м2;

m — динамическая вязкость масла в Н-с/м2;

r 0— радиус поршня в см;

l0 — длина поршня в см;

D— зазор между поршнем и цилиндром в см.

Отсюда зазор:

 

Образцовый грузопоршневой манометр схематически показан на рисунке

1 — колонка; 2 — поршень; 3 и 8 — воронки; 4 — бобышки; 5 — канал; 6 — тарелка; 7 — поршень; 9 — 13 — вентили.

Рисунок - Схема образцового поршневого манометра

 

Прибор состоит из колонки, укрепленной на станине прибора. В колонке имеется вертикальный цилиндрический канал, в котором движется пришлифованный поршень, несущий на верхнем конце тарелку для установки грузов. Верхняя часть колонки снабжена воронкой для сбора масла, просачивающегося через зазор между поршнем и цилинд­ром.

В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части которого движется посредством винтового штока поршень 7, уплотненный манжетами. Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек, предназначенных для укрепления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения системы маслом.

Каналы снабжены игольчатыми вентилями 9—12 для

отсоединения их от канала станины. Назначение вентиля 13— спуск масла из прибора. Максимальное давление, создаваемое грузами, 4,90 МН/м2 (50 кгс/см2). Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом, отсоединив от прибора поршневую колонку 1 вентилем 10. В качестве прибора сравнения применяют образцовый пружинный манометр, присоединяя его к одной из бобышек 4, а поверяемый прибор — к другой бобышке.