Меню

Что такое приведенная площадь поршня

7.2.1. Грузопоршневые манометры

Грузопоршневые манометрические приборы могут использоваться как рабочие эталоны давления для поверки различных типов манометров, вакуумметров, мановакуумметров и др., так и в качестве самостоятельных измерителей давления от достаточно больших разрежений до избыточных в тысячи мегапаскалей. Возможность определения и площади торца поршня измерительной колонки, и массы уравновешивающих грузов с малой погрешностью обеспечивает класс точности этих приборов в пределах 0,05…0,02. Данный показатель некоторых зарубежных устройств достигает значения 0,0015.

Принцип работы грузопоршневого манометра основан на удержании цилиндра в поршне в определенном положении, когда с разных сторон на этот поршень воздействуют измеряемое давление и калиброванные грузы. По массе данных грузов судят о величине измеряемого давления.

Если принять площадь поперечного сечения – торца поршня как S, а масса груза, действующего на этот поршень, как G, то измеряемое давление ризм может быть определено по следующей формуле:

На практике реальное значение площади поперечного сечения S не может определяться геометрическим расчетом. Приведенная площадь S пр отличается от геометрического расчетного S на коэффициент учета вязкого трения рабочей жидкости в зазоре поршень–цилиндр. На производстве приведенная площадь поршня S пр. наиболее часто определяется экспериментальным методом гидростатического уравновешивания поршней рабочего и образцового приборов и внесением поправки на соотношение массы грузов на обеих тарелках.

Масса грузов для грузопоршневых манометров рассчитывается по выражению:

m = (1 + r в /r м ) S пр р g н / g ( для измерения в кгс/см 2 ). (7.3)

Здесь g н = 9,80665 м/с 2 – значение нормального ускорения свободного падения; g – значение ускорения свободного падения на широте, на которой производятся измерения; S пр – приведенная площадь поршня, м 2 в (7.2) и см 2 в (7.3); r в иr м – плотность воздуха и условная плотность мате-

риала грузов соответственно (rв = 1,2 × 10 -3 г/см 3 ; rм =
= 8,0 г/см 3 ); р – давление, которое необходимо достичь под поршнем, МПа в (7.2) и кгс/см 2 в (7.3).

Обычно значения р при производстве измерительных приборов наносятся непосредственно на грузы, т. е. каждый груз соответствует на этом приборе определенному значению номинального давления.

Номинальное давление р, обозначаемое на грузах, действительно для широты производителя. производитель должен уточнять действительное значение gи корректировать массу грузов или пользователь обязан самостоятельно вводить поправку массы груза Dрс учетом географической широты

Выражения (7.2) и (7.3) действительны при температуре окружающей среды 20 ± 5 о С. При отклонении от этой температуры до значения t создаваемое поршнем с груза ми давление должно корректироваться по следующей формуле:

Наиболее распространенными грузопоршневыми манометрическими приборами отечественного производства являются устройства, перечисленные в табл. 7.1.

Основные технические характеристики грузопоршневых манометрических приборов

Верхний предел измерения, МПа

0,25 (избыточное) 0,095 (вакуум)

Основным рабочим элементом грузопоршневого манометра является измерительная колонка (рис. 7.1). От качества ее изготовления, точности и чистоты соприкасающихся поверхностей зависит погрешность измерения. Зазор пары поршень–цилиндр не должен превышать 3…5 × 10 –6 м.

Главная рабочая пара измерительной колонки – калиброванный поршень 1 с притертым цилиндром 2. Точность подгонки проходного отверстия цилиндра к калиброванному диаметру поршня обеспечивает соответствующий класс измерений всего прибора. Грузоприемная тарелка 3, являющаяся неотъемлемой частью поршня, и цилиндр имеют собственные номера, обеспечивающие учет и исключающие замену в процессе поверки и обслуживания прибора.

Калиброванный цилиндр размещается в корпусе 4. Герметичность такой установки достигается с помощью резинового кольца 5 и уплотнения цилиндра прижимной гайкой 6. Поршень имеет в цилиндре и соответственно в корпусе свободный вертикальный ход, который ограничивается упором 7, выполненным в виде винта в прижимной гайке.

При работе измерительной колонки возможно просачивание рабочей жидкости между поршнем и цилиндром. Излишки этой жидкости через отверстие 8 удаляются в маслосборник 9, установленный с помощью резьбы на корпусе 4 и уплотненный кольцом 10.

Рис. 7.1. Измерительная колонка:

Читайте также:  Уравнительный поршень крана машиниста 394

1 – поршень; 2 – калиброванный цилиндр; 3 – грузоприемная тарелка; 4 – корпус; 5 – резиновое кольцо; 6 – прижимная гайка; 7 – упор; 8 – сливное отверстие; 9 – маслосборник; 10 – уплотнительное кольцо

Измерительная колонка работает следующим образом. Измеряемая среда поступает снизу и давление воздействует на поршень, вызывая его подъем – вертикальное перемещение вверх. Для уравновешивания его и возврата в начальное положение на тарелку накладывают калиброванные грузы. Обязательным является положение поршня, в котором специальная кольцевая метка, нанесенная на верхней его части, находится на одной плоскости с верхней образующей прижимной гайки. При этом для уменьшения трения между поршнем и цилиндром поршню придают, обычно по часовой стрелке, вращательное движение. Цель такого вращения – исключение сухого трения, снижающего точность измерения, а во многих случаях приводящего к невозможности дальнейшего использования прибора. Сухое трение устраняется рабочей жидкостью, проникающей в зазор между цилиндром и поршнем при вращении тарелки.

Круговое вращение поршня-тарелки может осуществляться как вручную, так и автоматически с помощью специального устройства. Рекомендуемая скорость вращения поршня-тарелки – 30…120 об/мин.

На рис. 7.2 приведена принципиальная схема грузопоршневого манометра типа МП-6…600, работающего в поверочной системе.

Рис. 7.2. Принципиальная схема грузопоршневого манометра:

1 – масляный бачок; 2 – ручной скальчатый насос; 3 – обратные шариковые клапаны; 4, 5, 6 – вентили подвода, слива и измерительной колонки соответственно; 7 – измерительная колонка; 8 и 9 – зажимы; 10 и 11 – вентили поверяемых манометров; 12 – пресс

Рабочая жидкость заливается в масляный бачок 1 и ручным скальчатым насосом 2 закачивается в гидросистему прибора. Ручной насос с помощью обратных шариковых клапанов 3 забирает рабочую жидкость из масляного бачка и закачивает ее в гидросистему. При достижении определенного давления в системе прибора перекрывается запорный вентиль подвода 4. При этом вентиль слива 5 находится в закрытом состоянии и открывается при необходимости снижения давления. В состоянии, когда в системе создано давление, открывается вентиль 6 измерительной колонки 7, что обеспечивает ее ввод в работу. С помощью зажимов 8 и 9 подключаются поверяемые манометры и открываются вентили 10 и 11. Таким образом, измерительная колонка и поверяемые манометры, устанавливаемые в зажимах, находятся под одинаковым давлением. Измерительная колонка 7 отслеживает с высокой точностью давление, создаваемое в гидросистеме прибора, и индуцирует его в нормированных грузах. По массе грузов определяется задаваемое давление, по которому определяют погрешность поверяемых манометров. Пресс 12 обеспечивает «тонкую» регулировку давления в системе грузопоршневого манометра.

Порядок запуска в работу грузопоршневого манометра следующий. На основании прибора монтируется измерительная колонка со снятым поршнем. В масляный бочок при открытом вентиле подвода заливается рабочая жидкость (трансформаторное масло и др.), которая ручным скальчатым насосом закачивается в систему. Индикатором заполнения системы и исключения нахождения в ней воздуха служит переток масла из цилиндра измерительной головки в маслосборную чашку. После этого устанавливается поршень измерительной колонки. Открываются вентили поверяемых манометров. Вытеснение воздуха из участка зажимов достигается вращением маховика пресса до появления рабочей жидкости в зажимах. (Воздушные пузырьки должны отсутствовать.) Проверка функционирования грузопоршневого манометра достигается вращением тарелки с поршнем измерительной колонки. Поршень с тарелкой должны свободно вращаться и иметь свободный ход вдоль оси цилиндра. В табл. 7.2 приведены технические параметры грузопоршневых манометров, по которым определяют их пригодность для применения в качестве образцовых.

Критерии работоспособности грузопоршневых манометров

Максимальная скорость опускания поршня, мм/мин.

Минимальная продолжительность вращения поршня, мин.

Источник статьи: http://jumas.ru/information/kniga-manometry/7.2.1.php

Добыча нефти и газа

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

3.1. Принцип действия, основы теории и типы поршневых манометров

На рис. 15 изображен простейший поршневой манометр, который состоит из цилиндрического поршня 1, притертого к цилиндру 2 с ми­нимально возможным зазором. Если на ниж­ний торец поршня действует измеряемое дав- ление р, то для его уравновешивания к порш­ню должна быть приложена сила Р. Уравнение равновесия с учетом силы трения на боковую поверхность поршня, возникшей при протека­нии жидкости или газа через зазор между поршнем и цилиндром под действием изме­ряемого давления, имеет вид

Читайте также:  Какая скорость у поршня

где F — геометрическая площадь поперечного сечения поршня; Т — сила жидкостного трения на боковую поверхность поршня.

После преобразований уравнение (3.1) приводится к виду

где F + Т/р = F3(j, — эффективная (приведен­ная) площадь поршня.

Рис. 15. Простейший порш­невой манометр

Теоретические и экспериментальные иссле­дования показывают, что сила жидкостного трения Т пропорциональна действующему дав­лению. Поэтому эффективная площадь не зависит от давления, а следова­тельно, измеряемое давление прямо пропорционально уравновешиваю­щей его силе. Здесь не принимаются во внимание деформации поршня и цилиндра, которые необходимо учитывать при измерении высоких дав­лений.

Наиболее часто измеряемое давление уравновешивают весом грузов, что явно предпочтительно с точки зрения достижения высокой точности измерений, хотя и представляет известные неудобства в эксплуатации. Уравнение измерений (3.2) поршневого манометра в этом случае прини­мает вид

где т — масса грузов и поршня: g — ускорение свободного падения.

Благодаря высокой стабильности эффективной площади, которая определяется в основном геометрическими размерами папы поршень-цилиндр, а также возможности учета»» внешних влияний расчетными методами, поршневые манометры являются идеальными преобразова­телями давления в силу.

Наиболее существенное достоинство поршневых манометров со­стоит в том. что они непосредстьнно воспроизводят давление по опре­делению: давление равно силе, деленной на площадь поршня. Этот ме­тод так же, как и метод уравновешивания давления столбом «жидкости, является фундаментальным, т. е. измерение давления в конечном итоге сводится к измерению массы, длины и времени. Вышеизложенное по­зволяет сформулировать следующее определение.

Поршневой манометр — манометр, в котором действующее на пор­шень измеряемое давление преобразуется в силу и определяется но зна­чению силы, необходимой для ее уравновешивания. В наиболее распрос­траненных поршневых манометрах давление уравновешивается весом грузов. Такие манометры называются грузопоршневыми.

Уравнения (3.2) и (3.3) по своей структуре идентичны уравнениям измерений жидкостно-поршневых манометров (2.24) и (2.25). Действи­тельно, в обоих, случаях давление определяется по уравновешивающей его силе и площади твердой поверхности. Однако, между ними имеются существенные различия. Одно из обязательных условий, обеснечивай-щих возможность выполнения измерения — сохранение постоянства из­меряемого давления при его измерении. В жидкостно-поршневых мано­метрах зто достигается уравновешиванием измеряемого давления гидро­статическим давлением столба жидкости. Например, в колокольном манометре столб образуется в кольцевом пространстве между боковыми поверхностями колокола и сосуда, в которой залита разделительная жидкость (гидростатический затвор). В отличие от этого в поршневых манометрах постоянство давления в измерительной камере поддержива­ется благодаря гидравлическому сопротивлению протекания жидкости через зазор между поршнем и цилиндром (гидродинамический затвор). При этом ввиду малости зазора (1—2 мкм) гидравлическое сопротивле­ние позволяет поддерживать постоянство давления с допускаемыми от­клонениями. Не обеспечивая полную герметичность, гидродинамический затвор обладает очень важным преимуществом — измеряемое давление практически не влияет на размеры прибора, в то время как во всех жид­костных манометрах высота столба жидкости, необходимая для уравно­вешивания, прямо пропорциональна измеряемому давлению.

Для обеспечения чисто жидкостного трения в зазоре поршневой па­ры поршень вращают вокруг его оси относительно цилиндра или, наобо­рот, цилиндр вращают относительно поршня. Благодаря этому возника­ет эффект „гидравлического клина», на котором основана работа любо­го подшипника скольжения. При этом ось поршня центрируется относи­тельно оси цилиндра, что предотвращает непосредственный контакт меж­ду поверхностями поршня и цилиндра, а следовательно, и возможность

возникновения „сухого нежидкостного трения и связанные с ним до­полнительные погрешности.

Рассмотрим более подробно основные теоретические закономернос­ти, связывающие метрологические и эксплуатационные характеристики поршневых манометров с геометрическими параметрами поршневых пар и физическими свойствами измерительной системы (рис. 16).

Согласно теории сила жидкостного трения, действующая на боковую поверхность поршня вдоль его оси Т = жИр(1 + h/r), или, принимая во внимание, что h/r Рзтм) действует на нижний торец 1 порш-ия

Давление под нижним торцом 1 поршня равно атмосферному давле­нию; измеряемое отрицательное из­быточное давление ри = рабс

Читайте также:  Отличие поршней турбированного двигателя от нетурбированного

Источник статьи: http://neftandgaz.ru/?p=1712

Как рассчитать массу грузов у грузопоршневого манометра

Формулы расчёта массы грузов для грузопоршневого манометра МП.

Нижний предел измерения грузопоршневых манометров МП-60, МП- 100, МП-250, МП-400 и МП-600 создаётся при совместном использовании поршня ИПС с тарелкой переходной. На тарелке переходной, указывается давление создаваемое тарелкой переходной совместно с поршнем ИПС, по этому, рассчитывать массу и взвешивать их необходимо вместе. Массу колокола используемого на грузопоршневых манометрах МП- 60, МП-100, МП-250, МП-400 и МП-600, также необходимо рассчитывать и взвешивать совместно с поршнем ИПС. На колоколе указывается давление создаваемое колоколом совместно с поршнем ИПС. Масса грузов грузопоршневых манометров МП-6, МП-60 и МП-100 рассчитывается по следующей формуле (коэффициент деформации не учитывается, так как влияние этого коэффициента незначительно):

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, м2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, Па;
  • ρв — плотность воздуха, кг/м3 ;
  • ρм — плотность материала грузов, кг/м3

Значение выражения для грузов, колокола, тарелки переходной и поршня ИПС различно и приведено в таблице 3.

Тогда формулы для расчёта в различных единицах измерений будут иметь следующий вид: – формулы приведённые для кгс/см2 :

gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;

F — приведённая площадь поршня, см2 ;

P — давление создаваемое грузом, кгс/см2 .

– формулы приведённые для МПа:

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, см2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, МПа.

– формулы приведённые для бар:

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, см2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, бар.

Для грузопоршневых манометров МП-250, МП-400 и МП-600 при расчёте массы грузов, необходимо учитывать коэффициент деформации поршневой пары. Поршневая пара изготовлена из карбида вольфрама. Общая формула для расчёта массы грузов будут иметь следующий вид:

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, м2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, Па;
  • ρв — плотность воздуха, кг/м3 ;
  • ρм — условная плотность материала грузов, кг/м3 ;
  • β – коэффициент деформации, Па-1 (таблицы 4, 5);
  • Pср — давление, равное 50% верхнего предела измерений грузопоршневого манометра, Па.

Тогда формулы для расчёта в различных единицах измерений будут иметь следующий вид:

– формулы приведённые для кгс/см2:

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, см2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, кгс/см2 .

– формула приведённая для МПа

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, см2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, МПа.

– формула приведённая для бар

  • m — масса груза, кг;
  • gm – местное ускорение свободного падения, м/с2 ;
  • F — приведённая площадь поршня, см2 ;
  • P — давление создаваемое грузом, бар.

В случае использования для МП-6 дополнительного набора грузов в других единицах измерения, необходимо использовать дополнительно переходной груз, который должен использоваться совместно с дополнительным набором грузов во всём диапазоне измерений. При этом нижний предел измерения, с использованием дополнительного набора, будет соответствовать давлению создаваемому поршнем ИПС совместно с переходным грузом. По этому определение погрешности массы, для нижнего предела измерения манометра, необходимо производить по отношению к суммарной массе поршня ИПС и переходного груза, а не отдельно для переходного груза.

В случае использования дополнительного набора грузов на МП-60, МП-100, МП-250, МП-400 и МП-600, переходной груз не используется, так как учитывается в тарелке переходной и колоколе. Массы грузов, тарелки переходной совместно с поршнем ИПС и колокола совместно с поршнем ИПС рассчитываются аналогично, по формулам приведенным выше. При этом давление, создаваемое тарелкой переходной совместно с ИПС, указывается на тарелке, а создаваемое колоколом и ИПС, на колоколе.

Источник статьи: http://metrology.su/article/kak-rasschitat-massu-gruzov-u-gruzoporshnevogo-manometra/

Adblock
detector