Файл: Граменицкий В.Н. Грузопоршневые измерительные приборы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.07.2024
Просмотров: 115
Скачиваний: 0
В. H . Г Р A M Е H И Ц К И Й
ГРУЗОПОРШНЕВЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ
ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ
М о с к в а — 1973
УДК 3S9 : 531.787.3
Грузопоршневые измерительные приборы. Г р а н е й и ц- к и й В. H. М., Издательство стандартов, 1973, 144 с.
Книга содержит технические описания и элементы теории разработанных в СССР эталонных п образцовых грузопоршневых измерительных приборов, основанных на принципе неуплотиенного поршня и применяемых в поверочной практике, а также для точных измерении давления, силы и массы.
В ней освещается опыт разработки и применения преци зионных грузопоршиевых измерительных приборов, накоплен ный за многие годы во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМС).
Книга предназначена для работников поверочных и науч но-исследовательских учреждении н лабораторий КИП пред приятий, применяющих грузопоршневые измерительные при боры.
В работе содержатся материалы, которые могут быть по лезны студентам метрологических учебных заведений, а также конструкторам, работающим в области создания прецизионных механических приборов, и студентам приборостроительных фа культетов.
Таблиц 2, иллюстраций 51, библиография 60 назв.
© Издательство стандартов, 1973
ПР Е Д И С Л О В И Е
Внастоящее время в различных областях измерений применяется большое число приборов, основанных на принципе неуплотненного поршня.
Литература по вопросам разработки и применения грузопоршневых измерительных приборов с неуплотненным поршнем весьма
ограничена. Наиболее полно |
д а н н а я |
тема освещена |
в монографии |
|
М. К. Жоховского «Теория и |
расчет |
приборов |
с |
неуплотненным |
поршнем» [1]. Р а з р а б о т а н н а я |
М. К. |
Жоховским |
теория позволяет |
проводить полный гидродинамический расчет поршневых систем, обоснованно выбирать оптимальные конструктивные параметры приборов, оценивать погрешности приборов и т. д. Однако в лите ратуре отсутствуют систематизированные материалы об устройстве,
методах испытаний и особенностях |
эксплуатации |
изготовляемых |
||
и применяемых в С С С Р |
эталонных |
и образцовых |
грузопоршневых |
|
приборов, представляющие практический интерес |
д л я ' |
работников |
||
метрологических учреждений, научно-исследовательских |
институтов |
|||
и других организаций, |
проводящих |
точные измерения |
давления, |
|
силы и массы. |
|
|
|
|
Отдельные сведения |
о наиболее |
распространенных |
грузопорш |
невых измерительных приборах имеются в нормативных докумен
тах (стандартах, |
инструкциях |
по поверке, методических указаниях) |
|||
Государственного |
комитета |
стандартов Совета Министров |
С С С Р |
||
(Госстандарта С С С Р ) , |
а т а к ж е в статьях, опубликованных |
в |
жур |
||
налах «Измерительная |
техника», «Приборостроение», в трудах |
мет |
|||
рологических институтов и в других изданиях. |
|
|
В основу настоящей книги положен материал, накопленный ав тором за многие годы работы по созданию, испытаниям и эксплуа тации эталонных и образцовых грузопоршневых измерительных приборов.
3
О наиболее в а ж н ы х приборах приведены подробные сведения, включающие вывод основных расчетных формул, методику испы тания, оценку метрологических показателей и т. п.
Автор |
надеется, |
что эти сведения будут полезны работникам, |
|
эксплуатирующим |
такие приборы или проводящим их испытания |
||
и поверку, а т а к ж е |
работникам проектных организаций, использу |
||
ющим в |
р а з р а б а т ы в а е м ы х |
приборах принцип неуплотненного |
|
поршня. |
|
|
|
Автор |
в ы р а ж а е т |
глубокую благодарность докт. техн. наук про |
|
фессору М. К. Жоховскому за |
рецензирование книги. |
ВВ Е Д Е Н И Е
Пр и б о р ы, основанные на принципе неуплотненного поршня, впер вые были предложены для точных измерений давлений еще в прош лом веке, однако их широкое применение началось лишь в последние десятилетия.
Кприборам, основанным на этом принципе, относятся в первую очередь эталонные и образцовые грузопоршневые манометры из быточного давления, образцовые манометры абсолютного давления, образцовые барометры, образцовые вакуумметры, мановакуум - метры и дифференциальные манометры. Н а том ж е принципе осно вана работа образцовых грузопоршневых динамометров (силоиз-
мерительных м а ш и н ) , грузопоршневых весов большой грузоподъ емности и других грузопоршневых измерительных приборов.
Отличительной особенностью грузопоршневых приборов с неуп лотненным поршнем является их высокая точность, обусловлен ная отсутствием нежидкостного («сухого») трения между поверх ностями поршней и цилиндров. Приборы этого типа могут воспро изводить измеряемые величины с наивысшей точностью, что позво ляет применять их в качестве эталонных и образцовых.
Работы по созданию образцовых грузопоршневых |
измеритель |
||
ных приборов в нашей стране |
были начаты в середине 20-х годов. |
||
В этот |
период в Главной палате мер и весов (сейчас |
Всесоюзный |
|
ордена |
Трудового Красного |
Знамени научно-исследовательский |
институт метрологии им. Менделеева — В Н И И М ) наивысшая точ ность измерения давления, обеспечиваемая .образцовыми грузопоршневыми манометрами с верхними пределами измерений 25 и
300 кгс/см2 *, |
характеризовалась |
предельной |
погрешностью |
0,2-0,3%. |
|
|
|
* Здесь и далее |
величина давления выражается в широко |
распространенной |
и допускаемой стандартами внесистемной единицей давления килограмм-сила на
квадратный сантиметр |
(кгс/см2 ). В международной системе (СИ) единицей |
дав |
ления является паскаль |
(Па), равный ньютону, деленному на квадратный |
метр |
(Н/м2 ). Эта единица ввиду ее малости пока не получила широкого практического
применения. В необходимых случаях для перевода |
значений давления, |
выражен |
||||
ных в килограмм-силах |
на квадратный сантиметр, в единицы давления, |
выражен |
||||
ные в |
паскалях |
или |
мегапаскалях, |
следует |
пользоваться соотношениями: |
|
1 Па = |
1 Н/м2 = |
1,019716- Ю - 5 кгс/см2 ; |
ІМПа = 1 МН/м2 = 10,19716 |
кгс/см2 . |
5
В 30-е годы П. В. Индриком ( В Н И И М ) была разработана и внедрена в поверочную практику группа образцовых грузопоршневых манометров избыточного давления с верхними пределами из мерения 50, 500 и 2000 кгс/см 2 и Д . В. Несговоровым ( В Н И И М ) — грузопоршневой манометр с верхним пределом измерения избыточ ного давления 5000 кгс/см 2 [2].
В этот ж е период в Московском государственном институте мер и измерительных приборов — МГИМИГІ (до декабря 1972 г. Все союзный научно-исследовательский институт Государственного ко митета стандартов Совета Министров С С С Р — В Н И И Г К , в настоя щее время Всесоюзный научно-исследовательский институт метро
логической службы — В Н И И |
М С ) М. К. Жоховским была |
предло |
ж е н а принципиальная схема |
и разработана конструкция |
грузо- |
поршневых манометров высокого и сверхвысокого давлений с из мерительным мультипликатором, что позволило ему в тот период создать группу образцовых грузопоршневых манометров избыточ
ного давления |
с верхними пределами |
измерений |
2000, 5000 |
и |
|||||||
10000 кгс/см2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предельная относительная погрешность грузопоршневых мано |
|||||||||||
метров, разработанных |
|
тогда во В Н И И М |
и М Г И М И П , |
составила |
|||||||
у ж е 0,02—0,2% от измеряемой величины избыточного |
давления . |
|
|||||||||
Достижения |
наших |
метрологов уж е в тот период |
вывели |
совет |
|||||||
скую |
манометрию |
на уровень, достигнутый |
за рубежом, |
а по неко |
|||||||
торым |
показателям |
превосходящий. |
|
|
|
|
|
|
|||
В первые послевоенные годы одновременно с работами по соз |
|||||||||||
данию |
образцовых |
грузопоршневых манометрических |
приборов |
в |
|||||||
М Г И М И П были возобновлены прерванные |
войной работы по соз |
||||||||||
данию |
грузопоршневых силоизмерительных |
приборов |
(образцовых |
||||||||
динамометров, |
приборов |
для «безгирной» поверки товарных |
весов |
||||||||
и др . ) . В результате |
за |
послевоенные |
годы в Советском |
Союзе |
были разработаны десятки новых моделей образцовых и эталонных приборов, основанных на применении неуплотненного поршня, что позволило в области измерения давления и в ряде смежных обла стей обеспечить возросшие потребности народного хозяйства и, в частности, потребности метрологических и поверочных учреждений страны высокоточными измерительными приборами. В настоящее время, кроме внедрения в поверочную практику, приборы с неуп лотненным поршнем применяются в системах автоматического ре гулирования, в расходомерных испытательных установках, в уста
новках |
дл я испытания счетчиков промышленных |
жидкостей, в уста |
|||
новках |
дл я градуировки и поверки образцовых |
мерников |
и во мно |
||
гих других поверочных |
и измерительных |
устройствах. |
|
||
В настоящее время |
грузопоршневые |
измерительные |
приборы, |
||
разработанные и изготовляемые в Советском |
Союзе, охватывают |
||||
диапазон давлений от 0 |
до 20000—25000 кгс/см2 , |
массы |
до 5000 кг |
||
и силы до 50000 кгс ( 1 кгс = 9,8066 Н ) . |
|
|
|
||
Наиболее высокая точность измерения, достигаемая в настоя |
|||||
щее время в Советском |
Союзе с помощью грузопоршневых прибо- |
6
ров, характеризуется пределами допускаемых погрешностей изме рения давления 0,001—0,002%, больших масс 0,005—0,010% и боль ших сил 0,05—0,2%.
Создание высокоточных грузопоршневых измерительных прибо ров было бы невозможно без глубоких теоретических и экспери
ментальных |
исследований |
грузопоршневых приборов. Такие иссле |
||||||||||
д о в а н и я в течение |
многих |
лет |
проводились |
М. К. Жоховским в |
||||||||
М Г И М И П , |
а |
позднее |
во |
Всесоюзном |
научно-исследовательском |
|||||||
институте |
физико-технических |
и |
радиотехнических |
измерений |
||||||||
( В Н И И Ф Т Р И ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Работы М. К. Жоховского завершились созданием общей тео |
||||||||||||
рии приборов |
с неуплотненным |
поршнем |
[1]. Применение этой тео |
|||||||||
рии в практике разработки и |
испытаний грузопоршневых |
прибо |
||||||||||
ров, при расчете поршневых систем |
позволило |
научно |
обосновать |
|||||||||
выбор оптимальных |
конструктивных |
параметров р а з р а б а т ы в а е м ы х |
||||||||||
приборов и предъявляемые |
к ним технические требования, а |
т а к ж е |
||||||||||
р а з р а б а т ы в а т ь |
методы |
метрологических |
испытаний |
и |
аттестации, |
|||||||
обеспечивающие заданную |
высокую |
точность этих |
приборов. |
Р а з р а б о т к а общей теории приборов с неуплотненным поршнем обеспечила возможность создания большой группы высокоточных измерительных приборов и, в частности, возможность создания Го сударственного (первичного) эталона давления, построенного по схеме грузопоршневого манометра с неуплотненным поршнем.
Раздел первый
О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я О Г Р У З О П О Р Ш Н Е В Ы Х П Р И Б О Р А Х С Н Е У П Л О Т Н Е Н Н Ы М П О Р Ш Н Е М
Г л а в а |
I . П Р И Н Ц И П ДЕЙСТВИЯ . |
|
ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ |
Во всех |
принципиальных схемах и конструкциях грузопоршневых |
измерительных приборов чувствительным элементом, воспринимаю
щим измеряемую величину, является поршневая |
пара — поршень и |
||||||||||||
цилиндр, взаимно |
притертые друг к другу. Поэтому принцип дейст |
||||||||||||
|
|
|
|
вия |
приборов с |
неуплотненным |
порш- |
||||||
, |
|
1 |
, |
нем будем |
рассматривать |
на |
примере |
||||||
|
|
|
|
наиболее простого прибора грузопорш- |
|||||||||
|
|
|
|
невого манометра |
избыточного |
давле |
|||||||
|
|
|
|
ния |
с |
простым |
|
неуравновешенным |
|||||
|
|
|
|
поршнем, |
являющегося |
родоначаль |
|||||||
|
|
|
|
ником |
всех |
современных |
|
грузо |
|||||
|
|
|
|
поршневых |
измерительных |
приборов |
|||||||
|
|
|
|
(рис. |
1). |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Манометр состоит из поршня, при |
|||||||||
|
|
|
|
тертого к цилиндру. М е ж д у поршнем и |
|||||||||
|
|
|
|
цилиндром |
отсутствуют |
механические |
|||||||
|
|
|
|
уплотнения, а радиальный зазор меж |
|||||||||
|
|
|
|
ду ними составляет несколько микро |
|||||||||
|
|
|
|
метров. К верхней части поршня при |
|||||||||
|
|
|
|
соединено |
грузоприемное |
устройство |
|||||||
|
|
|
|
( т а р е л к а ) . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Если манометр подключить к про |
|||||||||
|
|
|
|
странству, в котором создано избыточ |
|||||||||
|
|
|
|
ное давление, то д л я уравновешивания |
|||||||||
Рис. |
1. Схема грузопоршне- |
поршчя |
на |
грузоприемное |
устройство |
||||||||
потребуется наложить некоторое коли |
|||||||||||||
вого |
манометра с |
простым |
|||||||||||
чество |
грузов. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
поршнем: |
|
|
|
|
|
|
||||||
/ — поршень; |
2 — цилиндр; 3 — |
Условие |
равновесия |
|
выразится |
||||||||
грузоприемное |
устройство с гру- |
уравнением |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8