Манотрон

 

МАНОТРОН, содержащий цилиндрический вакуумный баллон, подвижные и неподвижные электроды и упругий элемент, герметично соединенный с баллоном, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения разности давления и повышения вибропрочности и виброустойчивости, упругий элемент выполнен в виде двух идентичных по геометрическим размерам и жесткости мембран, установленных в торцах баллона, причем центры мембран жестко соединены между собой стержнем, на котором укреплены подвижные электроды, причем ось стержня совмещена с продольной осью баллона.

2. Манотрон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения сборки, стержень выполнен составным. Изобретение относится к области электронных приборов, а именно, к механически управляемым электровакуумным приборам-механотронным преобразователям (механотронам). Известны механотроны, предназначенные для измерения избыточных давлений и разрежений (вакуума), которые называются манотронами. Известные конструкции манотронов содержат цилиндрический вакуумированный баллон, воспринимающий измеряемое давление, упругий чувствительный элемент (УЧЭ), герметично соединенный с баллоном, подвижные электроды, укрепленные на упругом элементе, и неподвижные электроды, жестко связанные с баллоном. Недостатком манотронов является то, что эти приборы не позволяют измерять разности (перепады) давлений в двух изолированных объемах, что ограничивает область их применения. Например, с помощью известных манотронов невозможно производить сравнение уровня вакуума в двух вакуумных системах. Известен также манотрон, который содержит цилиндрический вакуумный баллон, подвижные и неподвижные электроды и упругий элемент, герметично соединенный с баллоном. В известном манотроне чувствительный элемент выполнен в виде сильфона, к одному из концов которого с помощью заглушки и держателя прикреплен подвижный анод, катод с подогревателем и неподвижный анод жестко связаны с баллоном манотрона. Обладая высокой чувствительностью и стабильностью показаний, известный манотрон так же, как и другие, не позволяет измерять разности (перепады) давлений, что ограничивает область его применения в вакуумной технике. Кроме того, из-за использования в этом манотроне сильфона в качестве УЧЭ резко снижается вибропрочнсоть и виброустойчивость прибора в целом. Некоторое повышение вибропрочности и виброустойчивости удается достигнуть, применяя в манотронах в качестве УЧЭ гофрированные мембраны и мембранные коробки. Однако известные конструкции манотронов на базе гофрированных мембран и мембранных коробок не обеспечивают достаточно высокой вибропрочности и виброустойчивости этих приборов, так как их кинематические (подвижные) системы, состоящие из одиночных мембран (или одиночных мембранных коробок) с прикрепленными к их центрам подвижными электродами, имеют форму консольной балки с упругой заделкой, которые обладают низкой частотой собственных колебаний и повышенной чувствительностью к воздействию на них вибрации (особенно, если эта вибрация действует перпендикулярно продольной оси прибора). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения разности давлений и повышение вибропрочности и виброустойчивости прибора. Другой целью изобретения является упрощение сборки. Указанная цель достигается за счет того, что в манотроне, содержащем цилиндрический вакуумный баллон, подвижные и неподвижные электроды и упругий элемент, герметично соединенный с баллоном, упругий элемент выполнен в виде двух идентичных по геометрическим размерам и жесткости мембран, установленных в торцах баллона, причем центры мембран жестко соединены между собой стержнем, на котором укреплены подвижные электроды, причем ось стержня совмещена с продольной осью баллона. Кроме того, стержень может быть выполнен составным. На фиг.1 схематично изображена конструкция монотрона с упругими чувствительными элементами в виде двух гофрированных мембран и электрическая схема его включения; на фиг. 2 узел крепления подвижных электродов манотрона к стержню; на фиг. 3 его электродная система; на фиг.4 вариант конструкции манотрона с упругими чувствительными элементами в виде двух мембранных коробок; на фиг. 5 принципиальная зависимость выходного сигнала манотрона от контролируемой разности давлений. Манотрон (фиг. 1) представляет собой сдвоенный (двуханодный) диод с плоско-параллельными электродами и содержит вакуумированный цилиндрический баллон 1, с торцами которого посредством фланцев 2 герметично соединены две идентичные гофрированные мембраны 3 и 4. Центры этих мембран скреплены между собой стержнем, ось которого совмещена с продольной осью баллона 1 и который из соображений удобства монтажа прибора выполнен составным и содержит (фиг. 2) два винта 5, непосредственно приваренные к центрам мембран 3 и 4, и резьбовую втулку 6, которая навинчивается на винты 5. (При этом один из винтов имеет правую резьбу и входит в отверстие втулки с правой резьбой, а второй левую резьбу и входит в другое отверстие втулки также с левой резьбой). В среднюю часть втулки 6 вмонтирован керамический изолятор 7, снабженный двумя жесткими пластинами 8, к которым электроконтактной сваркой приварены плоские аноды 9. Узел, состоящий из керамического изолятора 7, втулки 6 и пластин 8, обычно изготавливается путем запрессовки пластин 8 во втулку 6 с помощью керамической массы с последующим спеканием этой массы в атмосфере водорода при температуре 1200оС, после отжига образуется монолитный механически прочный узел, в котором обеспечивается электрическая изоляция пластин 8 держателей анодов 9 и 10 друг от друга и от втулки 6. Две мембраны, соединенные составным стержнем, образуют кинематическую (подвижную) систему манотрона. Неподвижный плоский катод 11 косвенного накала (подогреватель 12), жестко связанный с боковым отсеком 13 баллона 1 манотрона, вместе с подвижными анодами 9 и 10 образуют механотронную (электродную) систему с поперечным управлением электронным током (фиг.3). Применение именно поперечного (а не продольного) управления электронным током, при котором подвижные электроды перемещаются поперек (а не вдоль) силовых линий электрического поля межэлектродного промежутка, в предлагаемой конструкции манотрона является наиболее приемлемым и целесообразным из соображений простоты изготовления и технологичности прибора. Как известно, в диодных механотронах поперечного управления используется зависимость тока подвижного анода от площади активной поверхности катода, перекрываемой этим анодом при его перемещении. Поскольку анодный ток в плоском диоде прямо пропорционален указанной площади катода, то зависимость этого тока от перемещения является в данном случае практически линейной. Таким образом, при поперечном управлении электронным током (в отличие от продольного управления) обеспечивается очень высокая линейность (нелинейность менее 0,5%) статических и рабочих характеристик преобразования механотронных систем в широком диапазоне перемещений их подвижных электродов. Все электроды манотрона электрически соединены с выводами 14 цоколя манотрона, причем подвижные аноды 9 и 10 соединены с выводами 14 посредством эластичных контактных пружинок 15. Для соединения с объектами, в объемах которых контролируются давления Р1 и Р2, манотрон снабжен заглушками 16 и патрубками 17. При работе электроды манотрона подключаются к измерительной схеме (фиг. 1), представляющей собой мост постоянного тока, плечи которого образованы двумя анодными нагрузками-резисторами 18, 19 и двумя межэлектродными промежутками катод-подвижные аноды манотрона. В одну из диагоналей моста включен источник анодного питания 20, а в другую выходной отсчетный индикаторный прибор (ИП) 21. Для начальной балансировки моста и установки прибора ИП на нуль служит регулировочный резистор 22. Подогреватель катода питается от источника накального напряжения 23. Шкала прибора ИП предварительно проградуирована в единицах давления. На фиг. 4 представлен вариант конструкции предлагаемого манотрона, в котором в качестве УЧЭ применены мембраны 3 и 4. В этой конструкции составной стержень соединяет центры наружных (расположенных ближе к патрубкам) мембран коробок, а их вторые мембраны, расположенные ближе к электродной системе прибора, соединены своими основаниями с жесткими кольцами, приваренными по контуру к фланцам 2 манотрона. Использование мембранных коробок в манотроне позволяет в 2 раза (по сравнению с манотроном, изображенным на фиг.1) повысить чувствительность его кинематической системы по перемещению к давлению, что достигается за счет увеличения эффективной поверхности упругих элементов манотрона. Манотрон работает следующим образом. После его подключения к измерительной схеме (фиг.1) с помощью резистора 22 производится установка на нуль отсчетного прибора ИП, в результате чего токи анодов 9 и 10 уравниваются. Затем с помощью патрубков 17 оба измерительных резервуара манотрона, образованные заглушками и мембранами 3 и 4, подсоединяются к контролируемым объектам с различными значениями давлений внутри их объемов Р1Р2. При этом, если Р1 > Р2, то обе мембраны манотрона, соединенные стержнем, очевидно, переместятся вправо, что вызывает соответствующее смещение подвижных анодов 9 и 10 относительно неподвижного катода, причем ток анода 9 увеличивается, так как этот анод своей поверхностью перекрывает большую часть активной поверхности катода, а ток анода 10 уменьшается, так как из-за сдвига вправо часть активной поверхности катода, перекрываемая этим анодом, уменьшается. В результате указанного изменения токов анодов возникает напряжение разбаланса моста, т.е. выходной сигнал манотрона Uвых.1, пропорциональный разности давлений Р=Р12 и измеряемый отсчетным прибором ИП. В том случае, если давление Р21, очевидно, мембранный блок манотрона смещается влево, что вызывает уменьшение тока анода 9 и увеличение тока анода 10. При этом создается выходной сигнал Uвых2, полярность которого обратна полярности сигнала Uвых1. Таким образом, описанный манотрон позволяет измерять в контролируемых объектах разность давлений двух знаков. На фиг.5 изображена типичная зависимость выходного сигнала манотрона от перепада давлений в контролируемых объектах Uвых=f( P). Следует особо подчеркнуть важную роль, которую в описанной конструкции манотрона выполняет составной стержень, соединяющий центры мембран манотрона. Во-первых, этот стержень компенсирует действие атмосферного давления на мембраны манотрона, предотвращая появление остаточных деформаций этих мембран, вероятность возникновения которых особенно велика в процессе изготовления манотрона (например, при вакуумной откачке его баллона и температурного прогрева деталей с целью их обезгаживания). Во-вторых, наличие указанного стержня позволяет использовать в манотроне более тонкие и чувствительные мембраны без применения ограничителей их хода, что невозможно в известных конструкциях мембранных манотронов из-за повреждения мембран действием атмосферного давления. В-третьих, применение стержня значительно повышает вибропрочность и виброустойчивость всей конструкции манотрона, так как в этом случае его подвижные электроды закреплены на балке (стержне), имеющей две точки опоры на концах (в отличие от известных конструкций манотронов с подвижным электродом, укрепленным на свободном конце консольной балки, обладающей низкой вибропрочностью и виброустойчивостью). Наконец, благодаря использованию двух мембран, соединенных стержнем, в описанной конструкции манотрона удается устранить нестабильности выходного сигнала манотрона, обусловленные неконтролируемыми колебаниями атмосферного давления, так как эти колебания действуют одновременно на обе мембраны манотрона и взаимно компенсируются благодаря наличию стержня. Это особенно важно для устранения ухода настройки (ухода "нуля") после того, когда измерительная схема манотрона сбалансирована. Это важно также при контроле объектов, давление в которых близко к атмосферному давлению. Важными преимуществами предложенной конструкции манотрона являются широкий диапазон перекрываемых им измеряемых перепадов давлений, высокая линейность выходной характеристиками во всем диапазоне измерений, независимость его показаний от рода газов (паров), давление которых измеряется, стойкость к агрессивным средам (при соответствующем выборе материала УЧЭ и других элементов измерительных резервуаров). Предлагаемый манотрон прост по конструкции и технологичен в изготовлении, обладает высокой вибропрочностью и виброустойчивостью, превышающей по крайней мере на порядок указанные параметры известных манотронов.

Формула изобретения

1. МАНОТРОН, содержащий цилиндрический вакуумный баллон, подвижные и неподвижные электроды и упругий элемент, герметично соединенный с баллоном, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения разности давления и повышения вибропрочности и виброустойчивости, упругий элемент выполнен в виде двух идентичных по геометрическим размерам и жесткости мембран, установленных в торцах баллона, причем центры мембран жестко соединены между собой стержнем, на котором укреплены подвижные электроды, причем ось стержня совмещена с продольной осью баллона. 2. Манотрон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения сборки, стержень выполнен составным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морских условиях для измерения шумоизлучения различных объектов

Изобретение относится к океанографической технике и может быть использовано для измерения параметров ветрового волнения в море

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при конструировании приборов и систем метрологического контроля, в частности, для магистральных газопроводов

Изобретение относится к волоконно-оптическим автоколебательным системам на основе микромеханического резонатора и может быть использовано в системах измерения различных физических величин (температуры, давления, ускорения и др.)

Изобретение относится к электронно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров упругих колебаний в твердых, жидких и газообразных средах в диапазоне частот не выше частоты собственных колебаний пьезополимерной пленки, и может быть использовано в качестве датчика упругих колебаний в различной контрольно-измерительной аппаратуре

Изобретение относится к электронно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров упругих колебаний в твердых, жидких и газообразных средах в диапазоне частот не выше частоты собственных колебаний пьезополимерной пленки, и может быть использовано в качестве датчика упругих колебаний в различной контрольно-измерительной аппаратуре
Наверх