Тягомер

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам визуального контроля и измерения параметров вакуумметрического и избыточного давлений воздуха, и может быть использовано для измерения тяги - вакуума, разряжений и/или малых давлений в дымоходах и вентиляционных каналах строений, квартир многоэтажных и высотных домов. Устройство (1) измерения давления и расхода содержит воронку (2), в которую установлен измерительный узел(3), содержащий корпус (4), со встроенной в ее тыльную часть (5) осью (6), на которой в свободном состоянии перпендикулярно направлению потока подвешена шторка (7) с площадью, меньшей,чем внутренняя площадь поперечного сечения корпуса (4), при этом измерительный узел (3) при измерении тяги (разряжения) в дымоходе и вентиляционных каналах устанавливается в воронку(2) стороной без шторки, а при измерении давления (обратного напора) - стороной со шторкой. Корпус (4) узла измерения давления и расхода изготовлен из оргстекла, на боковой стороне которого нанесена шкала измерения тяги (разряжения) объекта контроля (дымоход и/или вентиляционный канал), равно как и уголотклонения шторки. Шторка (7) изготовлена из алюминиевой фольги толщиной не более 0,07 мм, при этом для обеспечения ровной поверхности бока шторки(7) имеют ребра жесткости (8) (см. фиг. 2). Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает чувствительность и точность с порогом измерений давления 0,3 Па в диапазоне от 0,3 до 5,0 Па.(56) Чистофорова Н.В. и др. Технические измерения и приборы. Часть 1. Измерение теплоэнергетических параметров - Учебное пособие для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 220301 "Автоматизация технологических процессов и производств". Ангарск, АГТА, 2008, с. 115-116 Напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры. Каталог продукции [он-лайн] 03.09.2010 [найдено 2011-12-05]. Найдено из Интернет URL:http:// Область техники Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам контроля и измерения параметров вакуумметрического и избыточного давлений воздуха. Устройство (тягомер) может быть использовано для измерения тяги-вакуума, разряжений и/или малых давлений в дымоходах и вентиляционных каналах строений, квартир многоэтажных и высотных домов. Уровень техники Известен дифференциальный манометр "Testo 521-3" [1]. Прибор содержит зонд давления, измеряющий давление до 10 гПа, помещнный в прочный металлический корпус (с целью защиты от повреждений), включая магнит, служащий для быстрой установки прибора при измерении дифференциального давления и скорости потока, совместно с "трубкой Пито", способный измерять самые малые значения дифференциального давления (до 250 Па). Прибор также в качестве высокоточного манометра измеряет давление с разрешением 0,1 Па. Согласно декларации изготовителя прибор идеально подходит для проверки тяги дымохода, а с "трубкой Пито" точно измеряет скорость потока в диапазоне от 1 до 20 м/с. Модель прибора "Testo 521-3" внесена в Государственный Реестр Средств измерений РФ. Другим аналогом предлагаемого изобретения является прибор "Testo 510" [2]. Прибор содержит"трубку Пито" и магниты на задней части корпуса для проведения измерений, не держа прибор в руках. Прибор предназначен для измерения дифференциального давления воздуха и газа от 0 до 10000 Па, а также с температурной компенсацией для более точных результатов замеров в диапазоне от 0 до 100 гПа и измерения скорости воздуха "трубкой Пито" с диапазоном измерения от 0 до 100 гПа, разрешением 0,01 гПа и погрешностью 0,03 гПа (от 0 до 0,30 гПа)/0,05 гПа (от 0,31 до 1,00 гПа). Недостатком этих приборов является то, что они не обладают достаточной чувствительностью для измерения малых, незначительных значений (например, вакуума - тяги от 0 до 3 Па), очень дорогостоящи и сложны и не приспособлены для измерения естественной тяги в дымоходах и/или вентиляционных каналах строений,квартир многоэтажных и высотных домов. Известны также аналоги: анемометр типа "Testo 410-1/-2" [3] для легкого измерения скорости потока воздуха на вентиляционных выходах со встроенной 40 миллиметровой крыльчаткой; и другой компактный анемометр типа "Testo 417" [4], описанный в источнике [3], со встроенной крыльчаткой диаметром 100 мм для измерения скорости воздуха и расчета объемного расхода, содержащий дополнительный комплекс, состоящий из воронок для клапана (200200 мм) и вентилятора (330330 мм), обеспечивающий эффективное измерение на вентиляционных решетках, круглых потолочных диффузорах и тарельчатых клапанах воздуховодов. Точный расчет объемного расхода обеспечивается благодаря тому, что зонд легко совмещается с воздуховодом. Направление потока, к примеру вытяжка или приток, отображается на дисплее. Функция усреднения по времени и количеству замеров, позволяет получить усредненные значения объемного расхода и скорости потока. Основными критериями при выборе крыльчатки(вертушки) являются рабочий диаметр крыльчатки и рабочая температура. Чем больше диаметр, тем выше чувствительность, но меньше диапазон измерения. Это описано в источнике [2]. Наиболее близкой по технической сущности является конструкция анемометра типа "Testo 417" [4],содержащий воронку и измерительный узел. Эти признаки совпадают с признаками предлагаемого изобретения, и поэтому он выбран в качестве его прототипа. Однако этому устройству свойственен тот же недостаток, что и всем указанным аналогам. Основным недостатком перечисленных приборов-аналогов является их недостаточная чувствительность и точность измерений, так как конструкция устройств, например, при диапазоне измерений от 0 до 0,30 гПа имеет погрешность 0,03 гПа, что не может служить основанием для принятия решения о выдаче разрешения (допуска) на эксплуатацию дымохода. Такая конструкция приводит к тому, что измеряемое значение тяги в дымоходе становится пограничным со значением погрешности самого прибора, что делает невозможным его применение на практике, вызывает недоверие к показаниям измерений и чревато непредсказуемыми последствиями при эксплуатации дымоходов и вентиляционных каналов. Уровень тяги - параметр непостоянный и зависит от погоды, силы ветра и вида топлива. Поэтому ошибка может стоить слишком дорого, а результат неточных измерений и неправильных действий - оказаться непоправимым. Учитывая то, что "Правилами безопасности в газовом хозяйстве" предъявляется ряд требований к устройству дымохода, для каждого газового прибора устанавливается экспериментально минимально необходимая тяга, при которой обеспечивается нормальная работа прибора и полный отвод продуктов сгорания газов. Этот недостаток особенно опасен при эксплуатации многих отопительных приборов, например водонагревателя АГВ-80, у которого минимально необходимая тяга в дымоходе должна быть равной 2 Па. [5]. По статистике причинами несчастных случаев при использовании газовых водонагревателей в 84% случаев являются неисправности газоходов, в том числе в 48% случаев - их завалы, в 4% случаев - обмерзание оголовков, в 14% - промерзание канала, в 6% - технически неисправное выполнение газоходов и 12% случаев - опрокидывание тяги. Утечка газа в арматуре является причиной 12% всех несчастных случаев, а плохое соединение вытяжных труб - 4%. К сожалению, до сих пор тяга измеряется по рекомендациям, принятым в СССР, приборами-анемометрами, скоростью потока в м/с, а инструкции приборов эксплуатации потребитель получает в единицах измерения давления Па.-1 018856 Современные приборы измеряющие тягу дымохода в Па, из-за большой стоимости и малой чувствительности, популярность так и не приобрели. А на практике, мастера измеряют силу тяги в дымоходе по отклонению листа бумаги (неплохие показатели у туалетной бумаги) или направление тяги по отклонению дыма от зажженной сигареты. И, как всегда, решают сами, что измерять: скорость потока в м/с или разрежение по разности давлений в Па без специальных устройств, и ошибаются. Раскрытие изобретения Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение чувствительности измеряемого значения уровня тяги и давления, а также удобство использования (применения) устройства. Задачей изобретения также является создание недорогого переносного, мобильного устройства, не зависящего от наличия дополнительных специальных приставок. Сущностью изобретения является то, что тягомер, содержащий воронку и встроенный в него узел измерения давления и расхода (узел измерения съемный), имеет корпус с центральным сквозным отверстием, в одной из крайней верхней части отверстия которого на встроенной оси в свободном состоянии,перпендикулярно направлению потока подвешена шторка, при этом для обеспечения ровной поверхности боковые стороны шторки имеют ребра жесткости и ее площадь меньше, чем внутренняя площадь поперечного сечения корпуса настолько, чтобы не возникало трения между шторкой и внутренними стенками корпуса, а внешняя боковая стенка корпуса имеет шкалу измерения угла отклонения шторки. При измерении тяги (разряжения) в дымоходе и вентиляционных каналах измерительный узел устанавливается в воронку стороной без шторки. При измерении давления (обратного напора) в дымоходе и вентиляционных каналах измерительный узел устанавливается в воронку стороной со шторкой. В частности,шторка изготовлена из алюминиевой фольги, причем толщина фольги не превышает 0,07 мм, а корпус узла измерения давления и расхода изготовлен из органического стекла. Краткое описание чертежей Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 разрез шторки, на фиг. 3 - разрез дымохода, на фиг. 4 - прозрачная схема узла измерения давления и расхода, на фиг. 5 - уголотклонения шторки, на фиг. 6 - номограммы зависимости угла отклонения шторки от давления. Тягомер (1) содержит воронку (2), встроенный съемный узел (3) измерения давления и расхода,корпус (4) с центральным сквозным отверстием, в одной крайней верхней части (5) отверстия которого на встроенной оси (6) в свободном состоянии перпендикулярно направлению потока подвешена шторка(7). На фиг. 2 показана шторка (7) с разрезом А-А в масштабе 10:1, боковые стороны которой имеют ребра (8) жесткости. На фиг. 3 показан продольный разрез дымохода (9) с тягомером (1) измерения давления и расхода (тяги). На фиг. 4 представлена схема корпуса (4) с прозрачными стенками измерительного узла(3), в которую встроена алюминиевая шторка (7), с обозначением параметров и направления скорости потока воздуха, отклоняющая шторку (7) на угол, где k - высота шторки, n - ширина шторки, h расстояние, на которое отклоняется свободная сторона шторки. На фиг. 5 показан- угол отклонения шторки, - скорость потока воздуха, отклоняющего шторку. На фиг. 6 номограммы зависимости угла отклонения шторки от давления Р (Па) при внешних температурах 10 С (номограммы 10, 11), 0 С(номограммы 12, 13) и -10 С (номограммы 14, 15), соответственно для V и XII этажных домов и строений. Описание работы устройства Устройство предназначено для определения наличия и измерения тяги в трубе, т.е. уровня разряжения (давления) Р (Па) с точностью 0,3 Па в диапазоне от 0,3 до 5 Па. Для измерения давления (тяги) устройство (1) ("Тягомер") воронкой (2) приставляют к дымоходу (9) и/или вентиляционной трубе и по отклонению шторки (7) по шкале определяют измеряемое значение. Физические явления, происходящие в дымоходной и/или вентиляционной трубе, вследствие наличия в ней тяги имеют следующую зависимость. В любой точке трубы на высоте h и диаметре d при наличии тяги, т.е. разницы давлений на ее входе и выходе Р, происходит течение воздуха с определнной скоростью . Этот поток с некоторой силой воздействует (притягивает или отталкивает, в зависимости от условий) на алюминиевую шторку (7), подвешенную на оси (6), установленной в корпусе (4) измерительного узла (3) устройства (1) "Тягомер", и укрепленную на оси так, как это представлено на фиг. 1-6,что приводит к е отклонению на угол. Величину угламожно определить непосредственно на самом устройстве "Тягомер", так как их значения в виде шкалы градусов от 0 до 90 нанесены на внешнюю стенку прозрачного корпуса (4), в котором находится алюминиевая шторка (7) (см. фиг. 6). Таким образом, становится возможным определение зависимости между давлением Р (Па) и угломотклонения шторки, что позволяет установить значение давления относительно тяги в любой трубе. Для подтверждения чувствительности устройства "Тягомер" при измерении естественной тяги и раскрытия зависимости искомых параметров приведем ход выкладки формул. Для этого обратимся к определению понятия тяга. Общеизвестно, что тяга трубы [6] - это вентиляционный эффект в зданиях и печах, который возникает за счт разницы температур воздуха снаружи и внутри трубы (здания). Эффект возрастает с повы-2 018856 шением разницы температур и высоты здания. Этот эффект называют естественной вентиляцией. Также общеизвестно, что плотность тплого воздуха меньше, чем плотность холодного воздуха,следовательно, давление столба газа (pgh) у тплого воздуха меньше. Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи трубы (здания). Если здание не является герметичным, то за счт разницы давлений у подножия здания возникает поток воздуха, направленный внутрь. При этом тплый воздух вытесняется вверх и выходит через отверстия вверху здания, а холодный воздух проникает внутрь через отверстия внизу здания. Возникает естественная вентиляция воздуха. Таким образом, тяга создатся за счт разницы давлений (Р) и может быть рассчитана по формуле: где Р - разница давлений, Па,С - 0,0342,А - атмосферное давление, Па (101325 Па),h - высота трубы, м,Т 0 - абсолютная внешняя температура, K,Ti - абсолютная внутренняя температура, K. Примечание. Уравнение даст точное значение для случая с воздухом, как в трубе, так и снаружи трубы высотой h. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближнную оценку. Величина давления Р (Па) зависит также от скорости потока v (м/с) воздуха в трубе, напрямую связана с углом отклоненияалюминиевой шторки и рассчитывается при помощи формулы для вычисления объемного расхода воздуха Q (м 3/с). Расход воздуха за счт тяги рассчитывается по формуле где Q - поток воздуха, м 3/с,S - площадь сечения трубы, м 2,С - коэффициент, вводимый из-за трения (обычно берутся значения от 0,65 до 0,70), в нашем случае взято значение 0,65,g - ускорение свободного падения, 9,807 м/с 2,А - атмосферное давление, Па (101325 Па),h - высота трубы, м,Т 0 - абсолютная внешняя температура, K,Ti - абсолютная внутренняя температура, K. На фиг. 4 представлена схема корпуса (4) с прозрачными стенками измерительного узла (3), в которую встроена алюминиевая шторка (7), с обозначением параметров и направления скорости потока воздуха, отклоняющая шторку (7) на угол. Сила, с которой поток объемного расхода воздуха Q оказывает давление Р на алюминиевую шторку где m - масса воздуха, кг,а - ускорение потока воздуха, м 2/с. В свою очередь, масса воздуха вычисляется по формуле где- плотность воздуха (1,29 кг/м 3),V - объм воздуха, м 3. Зависимость ускорения и скорости потока воздуха выражается формулой где v - скорость воздуха, м/с. На основании выше изложенного получаем где S - площадь поверхности (м 2), на которую оказывается давление, на которую в свою очередь действует сила F (Н), вызванная разницей давлений Р (Па), т.е. потоком объемного расхода воздуха Q(м 3/с). Поскольку известно, что где V - объм воздуха, оказывающего давление (м 3), то формулу (3) можно переписать в виде Подставив в формулу (4) выражение для Q из формулы (2), получим зависимость давления Р от-3 018856 скорости потока воздуха v Выясним зависимость скорости потока воздуха v (м/с) от угла, на который под воздействием силы тяги отклонится алюминиевая шторка (7). Сила тяги поднимает шторку на уголсо скоростью v. При этом, отклоняясь, шторка (7) проделывает путь, который можно описать формулой В свою очередь, (см. фиг. 4) Следовательно отсюда v На основании полученных формул можно вычислить зависимость углаотклонения шторки (7) от скорости потока воздуха (формула (6 и давления в трубе (формула (5 и представить их в табелярном(см. табл.1, 2, 3) и графическом виде (см. фиг. 6 номограммы 10, 11, 12, 13, 14, 15). Для наглядности приведм несколько параллельных примеров. При отклонении шторки на 30 при внутренней температуре 20 С и внешней 10, 0 и -10 С определяем давление/разряжение в вентиляционном канале и/или дымоходе, которое для трубы длиной 5 м составляет 0,86, 1,21 и 1,47 Па, для трубы длиной 17 м - 1,17, 2,24 и 2,71 Па, а для трубы длиной 32 м - 2,17,3,07 и 3,72 Па соответственно. При отклонении шторки на 60 при внутренней температуре 20 С и внешней 10, 0 и -10 С определяем давление/разряжение в вентиляционном канале и/или дымоходе, которое для трубы длиной 5 м составляет 1,13, 1,60 и 1,94 Па, для трубы длиной 17 м - 2,08, 2,94 и 3,57 Па, а для трубы длиной 32 м - 2,86,4,04 и 4,90 Па соответственно. Таблица 1. При внешней температуре Т=10 С-4 018856 Таблица 2. При внешней температуре Т=0 С Таблица 3. При внешней температуре Т=-10 С Таким образом, предложенным устройством измерения давления и расхода (тяги) "Тягомер" в отличие от прототипа и аналогов становится возможным измерение малых величин: как давления - до 3,0 Па, так и скорости потока воздуха - до 1,0 м/с. Устройство обеспечивает возможность более чувствительных и точных измерений тяги в дымоходах и вентиляционных каналах. Устройство может обслуживаться работником любой квалификации. Техническими результатами являются повышение чувствительности и точности измерения, упрощение конструкции измерительного устройства, значительное снижение себестоимости прибора. Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки: 1. Дифференциальный манометр типа Testo 521-3 http://www.testo.ru/online/abaxx-part=PORTAL.RUS.ProductCategoryDesk.activearea.catalog.ProductDetail.details.brochures, http://www.testo.ru/online. 2. Дифференциальный манометр типа Testo 510, Каталог testo, Посвящая себя будущему, 2007-2008,"Измерительные технологии для систем вентиляции и кондиционирования воздуха", стр. 20, Российское отделение Testo - 000 "Тесто - Рус" 117105, Москва Варшавское ш., д.17, стр. 1, оф. Э-4-6http://www.testo.ru. 3. Анемометр типа Testo 410-1/-2, Каталог testo, Посвящая себя будущему, 2008- 2009, Ценовой каталог "Измерительные технологии для систем вентиляции и кондиционирования воздуха" стр. 16, Российское отделение Testo - ООО Тесто - Рус" 117105, Москва, Варшавское ш., д.17, стр. 1, оф. Э-4-6"Измерительные технологии для систем вентиляции и кондиционирования воздуха", стр. 17, Российское отделение Testo - ООО "Тесто - Рус" 117105, Москва, Варшавское ш., д.17, стр. 1, оф. Э-4-6http://www.testo.ru (прототип). 5. ТРЕБОВАНИЯ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ В ГАЗОВОМ ХОЗЯЙСТВЕ К ОТВОДУ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗА http://bibliotekar.ru/spravochnik-114-gazovoe-oborudovanie/40.htm. 6. Тяга (трубы) Материал из Википедии - свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/-5 018856 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Тягомер, содержащий воронку и встроенный в нее узел измерения давления и расхода, отличающийся тем, что узел измерения выполнен съемным и имеет корпус со сквозным отверстием по центру,причем в крайнюю часть отверстия встроена перпендикулярно направлению потока ось, на которую свободно подвешена шторка, боковые стороны которой имеют ребра жесткости, а площадь поверхности которой меньше, чем площадь поперечного сечения корпуса на столько, чтобы не возникало трения между шторкой и внутренними стенками корпуса, при этом на внешнюю боковую стенку корпуса нанесена шкала для измерения угла отклонения шторки. 2. Тягомер по п.1, отличающийся тем, что для измерения тяги (разряжения) в дымоходе и вентиляционных каналах измерительный узел выполнен с возможностью установки в воронку стороной без шторки. 3. Тягомер по п.1, отличающийся тем, что для измерения давления (обратного напора) в дымоходе и вентиляционных каналах измерительный узел выполнен с возможностью установки в воронку стороной со шторкой. 4. Тягомер по п.1, отличающийся тем, что шторка изготовлена из алюминиевой фольги, причем толщина фольги не превышает 0,07 мм. 5. Тягомер по п.1, отличающийся тем, что корпус узла измерения давления и расхода изготовлен из органического стекла.