Способ измерения потока и количества газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к изучению кинетр - ки процессов газовыделения материалов при термовакуумной обработке. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых давлений. Устройство содержит камеру для измеряемой среды в виде двух сильфонов, преобразователь давления в электрический сигнал в виде дифференциального емкостного манометрического преобразователя, систе.му управления, процессор, электроклапан . По мере поступления газа из источника объем полости камеры увеличивают с такой скоростью, что давление газ,-) в полости камеры остается постоянным. Изменение объема полости камеры обеспечивается системой управления, связанной с преобразователем давления в электрический сигнал. Так как в устройстве использован сильфон в качестве элемента переменного объема, величина внутренней поверхности накопительной камеры остается практически постоянной. Так как давление газа в полости камеры постоянно, то и плотность сорбированного слоя тоже постоянна, а значит и ко,1ичество выделенного источником газа определяется изменением объема накопительной полости камеры. Количество газа, выделенное источником за время удале|.:ия части газа из накопительной полости камеры , а также поток (скорость газа выделения ) измеряются управляющим процессором в конце цикла накопления. Способ и реализуюплее его устройство обеспечивают проведение длительн.ых изобарных измерений потока и количество газа в nuipo ком диапазоне рабочих давлений от атмосферного до высокого вакуума. Высокая точность измерений об словлена исключением влияния процесса измерений на кинетику газовыделения и отсутствием сорбционнодесорбционных явлений в измерительной части устрйства. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. X) 4;

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 " 01 1- 7/14

ОПИО

И АВТОР р р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4136067/24-10 (22) 20. 10.86 (46) 23.10.88. Бюл. ¹ 39 (7!) Иркутский государственный универсигет им. А. А. )Кданова (72) А. В. Феринский, Е. В. Куликовская, М. С. Мецик и А. С. Векслер (53 ) 53 1. 787 (088. 8 ) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 927321, кл. G 01 1 7/14, 1981.

Химия и химическая технология. Извсс гия ВУЗов. T. 14, ¹ 5, 1974. с. 785 — 787. (54) С11ОСОБ ИЗМЕРЕН ИЯ ПОТОКА

И КОЛИЧЕСТВА ГАЗА И УСТРОЙСТВО г1.г1Я ЕГО ОСУ(ЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к изучению кинетики процессов газовыделения материалов при термовакуумной обработке. Целью изобретения является повыше33ие точности измерений и расщирение ièàïàçîíà измеряемых давлений, Устройство содержит камеру для измеряемой среды в виде двух сильфонов, преобразователь давления в электрический сигнал в виде дифференциального емкостного манометрического преобразователя, систему управления, процессор, электроклапан. 11о мере поступления газа из источника объем полости камеры увеличи„„SU„„1432353 А1 вают с такой скоростью, что давление азп в полости камеры остается постоянным.

Изменение объема полости камеры обеспечивается систем он управления, связан!3ои с преобразователем давления в электрический сигнал. Так как в устройстве использован сильфон в качестве элемента переменного объема, величина внутренней поверхности накопительной камеры остается практически постоянной. Так как давление газа в полости камеры постоянно. то и плотность сорбированного слоя тоже постоянна, а значи", и количество выделенного исто;ником газ» определяется изменением объема накопительной полости камеры, Количество га 33, вь3деленное источником за время удалеi:iiÿ части газа из накопительной полости камеры, а также поток (скорость газа выделения) измеряются управляющим процессором в конце цикла накопления. Способ и реализующее его устройство обеспечиваютт проведение длител ьн ых нзобар ных измерений потока и количество газа в п3нро ком диапазоне рабочих давлений от атмосферного до высокого вакуума. Высокая точность измерений обусг3овлена исключением влияния процесса измерений на кинетику газовыделения и отсутствием сорбционнодесорбционных явлений в измерительной час-ти устрйства. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1432353

55 (Изобретение о!носится к вакуумной тех1(ике, а именно к способам измерения nol()Kd и к<>.)и(сства i àçà и устройствам для

Jfj)c)Jf<:äåíHÿ э)их измере((ий, и наиболее (ол1(о его возможности реализук)гся при низких дав,(с нияK газа для автоматического и:>уч IJH>< кинетики процессов газовыделения материал<)в при гермовакуумной обработке.

1(ель изобретения — повышение точности изморе!!ий и раси)ирение диапазона из vf (Р >I (х(ы х,111 в I (f i 1111.

На чсртежс Ifp)IH(;!<. !а iipHffципиальная схема устройства для реал и:>ации предлагаемого способа.

Способ осу!цествляк>т следую(цим образом.

Нако

:)адан!гого условиями эксперимента давле11И и.

11о мер< поступления газа из источник 1 o01,cм <юлости камеры увеличивают с такой (.Kupoc1»K>, что давление газа

i1 полости камеры остается постоянным.

И хм«1!с и и с объем а полости камеры обес1(:1>!ва!о1 а«1()матическим устройством, свя. .,ан)1ым с (цн образователем давления в элек ! рический сiil!(а.! по соединенным к накопи>

I(, Jl,JJ0IJ lf(>, J(>i и! кам< 1)ы.

1 H K к K H с1 ройстве, реа 1изующем

1)род.1;!1;1(м(,11 (!I()(0(), использован сильфон в к 1)ес !>ге -.>.1("1(. 1! г(1 переменного об ьема, вс.)и !111!;I !Ill," р«!1(ей поверхности накопите. )ь>(ой камеры о(гается практически посг() H 1 i!I()11. Г! о слоя тоже постоянна, а зна-!!(г I! ко,(и н ство выделенного источником г;l (а о!(редедя(т«я изменением объема нак(н(игольной 1!о,зости камеры.

110 око!!чании фазы накопления, т. е. при достижении объемом полости камеры в момент времени tJ заданной максимальной величины V>, накопительную полость камеры сообщают с линией откачки газа через калиброванный канал малой проводимости.

Г1о мере эвакуации газа из накопительной камеры ее объем уменьшают с такой скоростью. что давление газа в камере остается постоянным. Количество газа, выделенное источником за время удаления части газа из накопительной полости камеры, а также поток (скорость газовыде,feJfH») измеряются управляющим процессором и конце цикла накопления.

11о окончании каждого цикла измерений гост JIIJBIJJ< .с за цикл ко,lH÷åñòâî газа суммируют с количеством за предыдущие

i IHK, I Ы. ,3IfHчения количества газа, скорости газоны,f(., >ieffH» и времени, прошедшего с начала измерепи(1, 1(ос.гуll IK)1 на регистрирующее устро и ст и).

Способ ос ществляют с помо)цью устройства, которое содержит камеру в виде

2 двух тонкостенных сильфонов 1 и 2, соосно присоединенных к находящемуся между ними подвижному элементу 3. !

1оследний делит камеру на две полости. сооб(ценные между собой калиброванным каналом, нормально закрытым под воздействием пружины 4 перекрывающим элементом электроклапана 5. Сильфоны закреплены между впускными 6 и выпускными 7 патрубками. Г1атрубки снабжены фланцами 8 и 9, выполняющими роль торцовых стенок камеры, и скреплены между собой шпильками 10, параллельными оси сильфонов.

Зти шпильки служат направляющими для закрепленного на них с возможностью перемещения подвижного элемента 3, который связан с исполнительным механизмом 11.

Для определения давления газа в измерительной части устройства служит нечувствительный к составу газа преобразователь давления в электрический сигнал в виде дифференциального ем костного манометрического преобразователя МЕГ1 )

12. Измерительная камера 13 ff<>(:;Jegffeil соединена с впускным патрубком 6 вакуумпроводом 14 малого сечения, а камера !5 сравнения МЕГ1 откачана до давления, не превышающего предел чувствитель:!:.:(ти

МЕП.

Сильфон 1, впускной патрубок 6. измери тельная камера 13 МЕП, вакуум-провод 14 и подсоедйненная к впускному патрубку 6 реакционная емкость (не указана) образуют измерительную (накопите !ьную ) полость камеры переменного об ьема.

Объем накопительной камеры зависит от положения подвижного элемента 3 и определяет электрическую емкость С коаксиального конденсатора с электродами 16 и 17, охватывающими сильфон !. 1!одвижный электрод 16 преобразователя зак;>о втулку 18 крепится к фланцу 8 или к шпилькам !О. Накопительная полол ь через канал элемента 3 и седло )9 при о-:крытом клапане 5 сообщается с линией откачки, включающей сильфон 2 и выпускной патрубок 7.

Система управления устройством содержит процессор, к входу которого через блоки управления цифровыми приборами

20 и 21 подключены цифровые измерители 22 и 23 емкости. К входу измерителя 23 подключен МЕП 12, а к вход измерителя 22 — — емкостный преобразователь. Обмотка 24 клапана 5 подключена к процессору через устройство управления релейными элементами 25, а исполнительный механизм 11 через цифроаналоговый преобразователь 26. Для регистрации параметров газовыделения к процессору подключены цифропечетающее и многоканальное самопишущее устройство 27.!

Устройство работает следующим образом.

Выде.)яю(цийся газ обуславливает некос()I>f>IH рос; давлс>шя P в накопительной цо,н>сти камеры, что вызывает изменение емкости ЫГ II !2 от С, при заданном рабочем давлении Pi до некоторой величины

С. Измеренное значение С с измерителя

23 емкости через блок управления цифровыми приборами 2! поступает в процессор, где определяется величина разбаланса устройства (значение С) заложено в оцеративнук> память). На основе получаемых значений разбаланса процессор формирует сигнал управления, который через цифроаналоговыи преобразователь 26 поступает на исполнительный механизм I l. В результате скорость перемещения элемента 3 механизмом I! становится такой, что рост кол ичества газа в накопительной ка мере компенсируется, велнчением об ьема сильфо»3 и давление газа остается постоянным. Смещение корпуса 3 от исходного положения пропорционально изменению емкости С между электродами 16 и 17 коаксиа ibk)ol емкостного преобразователя.

Текущее значение емкости C„, измеренное цифровым измерителем 23, через блок управления цифровыми приборами 21 поступает в процессор H сравнивается с С „„„, соответствующей предельномусзаданцому смещеци)о элемента 3.

При выполнении условия С„ С, накопление заканчивается. Процессор запоминает величину сигнала управления исполнительным механизмом !1, формирует сигнал, поступающий в блок управления релеи>сыми элементами 25, с которого зации)вает«я обмотка 24, откр > âàþùaÿ клапан 5. Через преобразователь 26 н3 исполнительный механизм 1 подается сигнал, соответствующий по величине сигналу в конце г)редыдущего цикла эвакуации накопленного газа, )то сводит к минимуму отклонения давления в накопительной камере от Р) при переходе к эвакуации накопленного газа и ускоряет время устаноьления величины сиг!;aла, необходимой для стабилизации давления.

В процессе эвакуации газа его количе TBo в накопительной полости камеры уменьшается, поддержание давления неизменным приводит к уменьшению объема

cH ibgoHa за счет его сжатия при перемещении элемента 3 а следовательно, к умецьше)ию емкости между электродами !

6 и 17.

При выполнении условия С>(ОС„ „,процессор запоминает величину сигнала управления механизмом 11, формирует сигнал, который, поступая в блок управления релейными элементами 25, вь(зывает обесточцвание обмотки 24 и закрытие клапана 5.

Через преобразователь 26 ца исполнительный механизм 11 подается сигнал, равный

432353

Формула изос>регения

J3o величине сигналу в конце Iiре (ыду щей фазы накопления. При этом у(т рОистВО 1>риходит В flcxo;l,klnp состояние, т. е. начинается следующий цикл илмер(-ц««.

lIo окончании фазы накопления цо ( ловию С„С „„„процессор зац(()иц()(«рс vlB начала эвакуации г333, . «о..). ц цг значения потока и его произ«о;ц)ы .. I ln <>i ):. чании каждого цикла измерений If«>(f у IHI) шее за цикл количество газа су мxl (руt г«ц с количеством за предыдущие ццк.(ы цлмереций.

Предлагаемый способ и реалцлуi(>iiic его устройство обеспечивают проведение дзцтельных изобарных измерений потока и h<)лцчества газа в широком диапазоне 1)3< о чих давлений от атмосф рного ..1о « i(o; ()го вакуума.

Высокая точность измерений обус)оцлс

13 исключением влияния процесса I! л мерений на кинетику газовыделения «о, сутствием сорбционно-десорбционцых H«. ( ний в измерительной части устройства.

1. Способ измерения потока ц к<>л() чества газа путем измерения скоро ти llлмецения и величины занимаемого !Ikfh,))!ливаемым газом замкнутого Об>,((а обеспечении в нем по(тояц>)ого,сц«!(!ii!: газа, огли(ающийсл(тем. что. « вы)пения чувствигел)цн>< тц, точи()«)и и ширеция диапазона рабо IHx дац,н IIHll 1; накопленное количество гал(цз объема I! дически удаляют, при этом hk)h:11)il коплеции газа, так ц при еп) у;:),и l)(Оставляют постоян k! ы м li i3 Вл<ц(I I (1-;!;.1

Объеме и Иове!>хцОсть ot>1>с. .i3, »о((:,! hт(! ) щуln с газом, затем измеренные «с. I! I I(: потока R каждом периоде изм(ре))ц . гистрируют, а количество I;1«3, 11<я(!н I h в каждом перно се, «умчи!) R)T ." р(ц, ру>от.

2. Устройство для изме,н,)!,)1 .

lичества газа, содержа) itt I.;) .(ЛЕННУЮ ПОДВИЖНЫМ ЭЛ(3) 1(i(;М

ЛОСТИ, Одна ИЗ КОТОРЫX «ООО(ЦСЦ,(ЛОМ, PÜJf)OËI Åf1!IÛX: В ОД«Он l;: О>., стенок камеры, с измеряемой срс lnil образователем дав, Ic! IH H «алек гри ч((hl.,: сигнал, а друг;(я полость через отвер«и(«, выполненное в другой торцовой стенке камеры, сообщена с системой откачки, li(, полнительный механизм изменения 0G «ем:: камеры, взаимодействующий с подвижць):,. элементом, и измерите. льный преобраз<)в;I тель изменения объеxid камерь. в э. «ек)рический сН! нал. устройство управления регистратор, От исчаюи ее(.я Tt x!, Hòo. с lit,)ьн; повьш(ения чувствительности, точно(и) и р;), ширеция диапазона «змеряеxl(lx .1313л(ц) газа. ц H ln вце..с) э.н кгроклацц 1. ра, (1, ложецный (га по 1«и ),1.()), элем(«ге. и lf;) fi: ляющце, цп которых ра..«(х)ож(ц !!O1«ц,(.!

432353

1 сииципннсй (нос гавитслн О (лк>сарсв

I! c . га и г о р I 1., 1 Ã 1) б а к Гс: рсд И. Нсрсс Корректор О. Кравцова

Заказ 5! 14 ЗЗ Тщгаж 84! Подписное

ВНИИПИ Государственного когиитета СССР по дечам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

;юй элемент с возможностью перемещения вдоль оси камеры, при этом направляющие закреплены между торцовыми стенками камеры, а камера выполнена в виде двух соосных сильфонов, соединенных между собой подвижным элементом, причем в нем выполнен калиброванный ка6 нал . с седлом, В кОтОрОм размещен перекрывающий элемент электроклапана, а электрические цепи электроклапана и исполнительного механизма через устройство управления соединены с измерительным преобразователем изменения объема в электрический сигнал.