По мере развития науки и техники и дальнейшего совершенствова­ния деформационных манометров и измерительных преобразователей давления различных типов применение жидкостных манометров при технических измерениях в народном хозяйстве страны будет все более и более ограничиваться. Однако благодаря фундаментальности принципа действия и высокой стабильности показаний жидкостных манометров во времени перспективность их применения в качестве образцовых и эта­лонных приборов в барометрии (до 100—150 кПа) и в микроманомет­рии (до 2,5—4 кПа) не вызывает сомнений.

В первую очередь, развитие жидкостных манометров будет идти в направлении повышения точности, автоматизации процесса измерений и введения поправок в показания приборов.

Как показано в разд. 2.2, погрешности жидкостных манометров, в основном, определяются погрешностями измерения высоты столба жидкости, ее плотности и ускорения свободного падения в месте изме­рений. Последнее, впрочем, всегда может быть определено с необходи­мой точностью. Современные средства измерений позволяют определить ускорение свободного падения с погрешностью менее 1 • 10~4 м/с2 (0,001 %), а в необходимых случаях и точнее (до 0,0001 %), чем можно пренебречь.

Точность определения плотности жидкости во многом зависит от ее физических свойств. Наиболее достоверно известна плотность ртути и дистиллированной воды. Так, плотность ртути при t — 0°С принимается равной 1,35951 • ю4 кг/м3. Погрешность принятого значения не превы­шает 5 • 10~б кг/м3, т. е- менее 0,0005 %. При этом ртуть должна быть подвергнута тщательной дистилляции. С такой же точностью изучено влияние температуры. Отсюда погрешность определения плотности рту­ти может быть доведена до значения менее 0,001 %. Примерно такой же

 

уровень точности достигнут и для дистиллированной воды, днако ее
плотность существенно зависит от растворенных примесей. Следует
отметить, что указанная точность требует при введении температурной
поправки измерять среднюю температуру столба жидкости с погреш­
ностью 0,025°С.              ‘

Существенное влияние на точность жидкостных манометров ока­зывают погрешности определения высоты столба жидкости. Например, если указанную составляющую погрешности принять равной 0,001 %, то столб жидкости высотой 1000 мм должен быть измерен с погрешностью 0,01 мм, что достигается в настоящее время только на уровне эталон­ных барометров и микроманометров.

Таким образом, суммарная погрешность современных эталонных жидкостных манометров составляет не более 0,005 % и в некоторых случаях может быть снижена до 0,001 %. Но при этом должны выпол­няться следующие рекомендации.

1. Измерения высоты столба жидкости следует выполнять интерфе­
ренционными методами, обладающими наивысшей точностью (погреш­
ность измерений 0,001 мм
и менее).

2.По принципу действия наиболее предпочтительны двухчашечные
манометры, в которых уровни жидкости в каждой из чашек фиксиру­
ются емкостным методом с погрешностью менее 0,001 мм.

3.Обеспечение равномерности температуры столба жидкости по вы­
соте и ее стабильности во времени измерений с допускаемыми отклоне­
ниями не более ±0,05°С.

4.Измерительная система манометра должна быть заполнена инерт­
ным газом с известными физическими свойствами (плотность, коэффи­
циент преломления, диэлектрическая постоянная и др.), обеспечиваю­
щими необходимую точность измерений. Предпочтительно применение
сухого газообразного азота высшей очистки.

5.Сложность процесса измерений, связанная с необходимостью вве­
дения в показания манометра многочисленных поправок, требует при­
менения средств контроля влияющих факторов и их учета в результатах
на базе микроэлектроники.

К контрольному вопросу № 3

Вы не разобрались в принципе действия кольцевых весов. Вам необходимо еще раз внимательно прочитать разд. 2.4. При этом следует обратить внимание на принципиальное отличие кольцевых весов и колокольных манометров от жидкостных манометров, которое состоит в том, что мерой давления в ма­нометрах этих типов является не высота столба жидкости, а сила, возникающая’ под действием давления на перегородку кольцевых весов или на дно колокола.

Пути создания эталонов этого типа можно проиллюстрировать на примере первичного эталона давления Национального Бюро метрологии (Франция), разработанного в Национальном институте метрологии (Па­риж) . Эталон (рис. 14) представляет собой двухчашечный ртутный ма-

 

Рис.   14.

Первичный эталон давления Франции

нометр, в котором неподвижная 6 и подвижная 8 чашки сообща­ются между собой с помощью гибкого шланга 7. В обеих чаш­ках в верхней части смонтирова­ны электроды 5. Если в непо­движную чашку б подано абсо­лютное давление ра^с, а подвиж­ная чашка 5 откачана, то для уравновешивания давления по­следняя должна быть поднята вверх на высоту Н, которая и является мерой давления. Высо­та ртутного столба Н определя­ется по перемещению чашки 8 из нулевого положения (на схеме показано пунктиром) с по­мощью интерферометра типа Ми-хельсона 2, который питается монохроматическим светом от гелий-неонового лазера /. Иден­тичность высоты ртутного столба перемещению чашки 8 определя­ется по сбалансированности ем­костного моста 4, плечи которо­го образуют электрические ем­кости между электродами 5 и свободными поверхностями ртути в чашках 6 и 8. При этом высота ртут­ного столба пропорциональна числу интерференционных полос, отсчитан­ных счетчиком 3 при перемещении чашки 8 из нулевого положения в по­ложение равновесия, т. е.

 

N— Л,.

 

(2.26)

 

где N — число полос; Л,. — длина волны монохроматического света; п — показатель преломления воздуха.

При создании эталона предпринято все необходимое для учета воз­можных погрешностей и сведения их к минимуму: термостатирование измерительной системы манометра с допускаемыми отклонениями ±0,025°С, автоматизация наиболее трудоемких работ при проведении измерений, размещение пульта управления и вспомогательного обору­дования в отдельном помещении и пр.

По данным Национального Бюро метрологии первичный эталон по­зволяет измерять абсолютное давление в диапазоне от 1 до 100 кПа с погрешностью (в паскалях) Ар < 5 • 10~б
• р + 0,1, что соответствует относительной погрешности бр < 6 • 10~б (0,0006 %) при измерении давления р = 100 кПа. Основная часть погрешности приходится на не-

 

определенность определения значения плотности ртути (бр < 4 • 1СГ6), в то время как погрешность измерения высоты ртутного столба состав­ляет 6# < 1 • 1О»6 . Поэтому основной .резерв повышения точности эта­лонных ртутных манометров состоит в снижении погрешностей опреде­ления плотности ртути, что, однако, представляет весьма сложную науч­но-техническую задачу, решение которой требует больших затрат и про­должительного времени. Реально достижимую точность в ближайшие годы можно оценить погрешностью измерения давления 8р = (4—6) X X 1СГ6. При этом следует отметить, что воспроизводимость измерений существенно выше. Случайные погрешности могут быть сведены к зна­чениям S= (1—2) • 1СГ6, что является основанием для создания в веду­щих метрологических центрах мира столь сложных и дорогих эталонных комплексов.

Дальнейшее совершенствование образцовых жидкостных маномет­ров с погрешностями 0,01—0,05 % и более, за исключением области мик-романометрии, не столь актуально. Уже в настоящее время указанный уровень точности достигнут образцовыми грузопоршневыми и деформа­ционными манометрами, а их дальнейшее совершенствование приведет к полному вытеснению жидкостных манометров из поверочной прак­тики. При технических измерениях это произошло значительно раньше.

К контрольному вопросу № 3

Вы правильно ответили на вопрос. На показания кольцевых весов не влияют не только изменения плотности затворной жид­кости, но и сама плотность, так как давление жидкости всегда действует перпендикулярно к ограничивающим ее поверхнос­тям и поэтому не может создать момента сил относительно оси вращения кольцевых весов.

 

Обратите внимание: