Способ воспроизведения величины уровня жидкости

 

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и может быть использовано для поверки уровнемеров. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданного уровня. Способ заключается в следующем. Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15, путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно патрубка 3. Затем в резервуар 1 подается жидкость до полного погружения в нее патрубка 3. При этом излишки жидкости перетекают через кромку перелива 4. После этого вводится поправка на положение базовой плоскости путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно неподвижной кромки перелива 4 на величину мениска жидкости, равную ΔН=√2Σ/ρG, где σ - коэффициент поверхностного натяжения

ρ - плотность жидкости

G - ускорение свободного падения. По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя 15 на шкале 16, независимо от характера смачивания жидкостью кромки перелива. 2 ил.

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (19) (11) 01 F 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ " - -"плц Л - - " .1ЧЕСКАЛ

1o-,c< A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3907418/24-10 (22) 05.06.85 (46) 23.12.89. Бюл. li 47 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Б.Л.Федоров (53) 53.089..6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 380963, кл. С 01 F 25/00, 1971. (54) СПОСОБ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВЕЛИЧК(Ы

УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к метрологии и Измерительной технике и может быть использовано для поверки уровнемеров. Пель изобретения — повышение точности воспроизведения заданного уровня. Способ заключается в следующем. Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15, путем вертикального пере2 мещения резервуара 1 относительно патрубка 3, Затем в резервуар 1 подается жидкость до полного погружения в нее патрубка 3. При этом излишки жидкости перетекают через кромку перелива 4. После этого вводится поправка на положение базовой плоскости путем вертикального перемещения резервуара 1 относительно неподвижной кромки перелива 4 на величину менис2S ка жидкости, равную А Н= —, где 6 8 коэффициент поверхностного натяжения; плотность жидкости; g — ускорение свободного падения. По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя 15 на шкале

16, независимо от характера смачивания жидкостью кромки перелива. 2 ил.

1530929

Изобретение относится к метрологии и измерительной технике и может быть использовано для поверки уровнемеров жидкости.

Основная трудность при воспроизведении заданного уровня жидкости н устройствах для поверки уровнемеров заключается во влиянии на результат измерений воспроизводимой величины сил поверхностного натяжения.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения заданного уровня

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа; на фиг. 2 элемент поверхности жидкости вблизи кромки перелива. устройство содержит мерный резервуар 1 с жидкостью, сливной резерву- 20 ар 2, патрубок 3 с кромкой 4 перелива, механизм 5 вертикального перемещения резервуара, сильфон 6, измеритель 7 коэффициента поверхностного натяжения жидкости, измеритель 8 плот-25 ности жидкости, вычислительный блок 9, систему 10 подачи сжатого газа, трубопровод 11, клапаны 12-14, указатель

15 и отсчетную шкалу 16.

Способ заключается в следующем.

Задается пространственное местоположение базовой плоскости, которому соответствует положение указателя 15 жестко связанного с мернымрезервуаром

1, путем его вертикального перемеще35 ния посредством механизма S до совмещения указ ателя 15 с требуемой рикой отсчетной шкалы 16, жестко зафиксированной в пространстве относительно патрубка Э укрепленного в дне сильфона 40

6. Затем осуществляется подача жидкости из сливного резервуара 2 в мерный резервуар 1 путем передавливания жидкости сжатым газом по трубопроводу 11 с помощью системы 10 подачи газа при 45 закрытых клапанах 12 и 14 и открытом клапане 13 до полного погружения патрубка Э в жидкость. После этого клапан 13 закрывают, а клапан 12 открывают, а излишнее количество жидкости, находящейся в мерном резервуаре 1, самотеком через кромку 4 перелива по патрубку 3 выливается в сливной резервуар 2. фиксируется момент прекращения перетекания жидкости через кромку

4 перелива. В этот момент производится измерение плотности жидкости, находящейся в мерном резервуаре 1> с помощью измерителя 8, например поплавково го ареометра. Измеря ется также коэффициент поверхностного натяжения жидкости с помощью измерителя 7, например, методом максимального давления в пузырьке газа, вдавливаемого в жидкость по трубопроводу 11 через открытый клапан 14 и далее через капилляр, а измерение этого давления может быть выполнено дифференциальным манометром, входящим в состав измерителя 7 коэффициента пояерхност.;own натяжения жидкости. Затем производ тся определе" ние величины критического превышения уровня жидкости над кромкой 4 перелива патрубка 3.

Для нахождения этой величины рассмотрим некоторый фиксированный объем

V однородной несжимаемой жидкости, поднятый выше горизонтальной плоскости, проходящей через кромку 4 перелива и ограниченный свободной поверхностью раздела двух сред (жидкость— газ) Sz (фиг. 2). Поскольку жидкость стремится к минимизации внутренней энергии, то при постоянстве внешних сил F, температуры 9 и давления Ро под действием сил поверхностного натяжения в течение некоторого времени поверхность Я,, " дат деформироваться

SA(i} О, Vie(0, t) до состояния устойчивого равновесия

F (i,ò) =const,i=-(1,m);

S„{V, i, ) мин S „(V) P, const; т 6 0 =сопв1.

Для достижения этого состояния необходимо и достаточно, чтобы

Апн- Е„о, (1) где Е „ - потенциальная энергия, накопленная в мениске за счет действия гидростатических силе

A работа сил поверхностного натяжения.

При этом за счет сил поверхностного натяжения по обе стороны поверхности S> в любой произвольной точке

N б S„ âoçíèêàåò разность давлений

hP> согласно формуле Лапласа, равная Р„-Р ц р„о (р т - + р ), I 1

1 н н где 5 — коэффициент поверхностного натяжения;

0929 6

В этом случае работа си)- поверхностного натяжения

Р„=)gN N>

15 (6) (2) н

Если Н„оН „, то гидростатическое давление Р>» создаваемое столбом жидкости высотой Н я, превосходит давление, создаваемое силами поверхностного натяжения ДРП, что приводит к разрушению поверхности Sп и вызывает истечение жидкости через кромку перелива, которое продолжается до восстановления условия (2).

По определению коэффициента поверхностного натяжения

ДН=Н„

30 ) 5 153

Ф

К„, Рп — радиусы кривизны поверхности раздела в точке N < S„, взятые во вз аимно перпендикулярных нормальных сечениях.

В случае выпуклой поверхности разность давлений hP положительна, направлена внутрь жидкости и в каждой точке поверхности компенсирует действие гидростатического давления где — плотность жидкости; ускорение свободного падения;

Н вЂ” разность между максимальной

N высотой мениска Н „ и высотой мениска в точке Б б SI1 относительно плоскости П.

Всегда существует некоторое критическое значение высоты Н„ =Н „ величину которого Н „ превышать не может, так как при Н„ „, Н„„ нарушаются условия равновесия

А„„-с Ц (4)

5 5

Потенциальная энергия может быть определена как 4 ?

Е„)) ds f P gg dhJJ ds pg — . (>) з О 5

Согласно (2), приравнивая (4) и (5), а затем преобразовав это равенство, получают максимально возможное значение высоты мениска

Необходимые арифметические операции по формуле (6) осуществляются в вычислительном блоке 9. После этого вводится поправка на пространственное положение базовой плоскости путем вертикального перемещечия резервуара

1 относительно неподвижной кромки 4 перелива с помощью механизма 5 на величину

По окончании повторного перетекания жидкости через кромку перелива будет воспроизведена величина уровня, соответствующего положению указателя

15 на шкале 16, независимо от харак35 тера смачивания жидкостью кромки перелива °

A„>> > ДВп > (3) где A> - работа, которую необходимо

>>)> произвести для увеличения . свободной поверхности на величину b.Bn

Учитывая, что данная зависимость справедлива для случая, когда Д Я представляет собой плоскость, рас- 45 пространяют соотношение (3) на иссле-, дуемый случай, когда ЬБп искривлена.

Для этого следует учесть, что там, где на поверхность мениска действуег гидростатическое давление, поверхность искривлена, а следовательно, силы поверхностного натяжения создают избыточное давление, компенсирующее действие гидростатического давления.

Тогда под величиной ЙБ„ следует понимать всю работающую на растяжение и изгиб поверхность формула изобретения

Способ воспроизведения величины уровня жидкости, заключающийся в задании необходимого уровня соответствующим положением кромки перелива сливного патрубка и повьппении уровня жидкости в резервуаре до перетекания жидкости через кромку перелива, о тл и ч а ю шийся тем,что,с целью повьппения точности путем учета влияния сил поверхностного натяжения, госле прекращения перетекания перемещают резервуар с жидкостью на высоту

26

ДН= -- > к где G — коэффициент говерхностного натяжения;

t) — плотность жидкости;

g — ускорение свободного падения.

1530929

Составитель A. Курочкин

Техред Л.Серд окова

Редактор А.Мотыль

Корректор М.Самборская

Заказ 7943/42 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101