Способ измерения вакуума и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01L21/12 - с помощью измерения изменений электрического сопротивления измерительных элементов, например нитей; вакуумметры Пирани

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума. Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения влияния температуры газовой среды и потерь тепла за счет конвекции и излучения в период нагревания. Для этого при нагревании термочувствительного резистора манометрического преобразователя свыше первого заданного значения температуры и его охлаждении ниже второго заданного значения путем включения и выключения перегревающего его относительно газовой среды электрического тока определяется зависимость скорости теплообмена между предварительно нагретым термочувствительным резистором и газовой средой от остаточного давления. Осуществляется измерение времени охлаждения термочувствитель-. ного резистора при заданном интервале изменения разности его температуры и температуры газовой среды, по которой определяется измеряемое давление . Вакуумметр содержит измерительный мест 1 с термочувствительным резистором 2 и с резистивным датчиком 3 температуры газовой среды, дифференциальный усилитель 4 разбаланса измерительного моста 1, электронный ключ 5, формирователь 6 импульсов, источники питания 7 измерительного моста 1 и 8 термочувствительного резистора 2, задатчики 9 и 10, соединенные с входами компараторов 11 и 12, элементы И-НЕ 13 и 14, образующие триггер, генератор 15,счетчик 16 и регистр 17. Резистивный датчик 3 отслеживает изменение температуры га- ,зоной среды. Счетчик 16 обеспечивает подсчет импульсов в течение времени охлаждения. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. ся с

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

Q9I (11)

17004О5 А 1 ц G 01 L 21/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГООУДАРстВенный номитет пО изОБРетениям и ОТКРытиям

1 ,(21) 4765556/10 (22) 13.09.89 (46) 23,12.91,Бюл. Р 47 (72) В.С.Пономарев и А.В.Ермакович (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1318818, кл. G 01 L 21/12, 1983, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВАЕУУМА И УСТ РОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ!!ЕСТВПЕН!!Я (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума. Цель изобретения вЂ” повышение точности измерения путем устранения влияния температуры газовой среды и потерь тепла .за счет конвекции и излучения в период нагревания. Для этого при нагревании термочувствительного резистора манометрического преобразователя свыme ïåðâîãî заданного значения температуры и его охлаждении ниже второго заданного значения путем включения и выключения перегревающего его относительно газовой среды электрического тока определяется зависимость скорос-. ти теплообмена между предварительно

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума, Цель изобретения вЂ” повышение точности измерения путем устранения влияния температуры газовой среды и потерь тепла за счет конвекции и излучения, а также повьппение быстродействия.

Йа фиг.! приведена функциональная схема теплоэлектрического вакуумметра, .нагретым термочувствительным реэисто= ром и газовой средой от остаточного давления. Осуществляется измерение времени охлаждения термочувствительного резистора при заданном интервале изменений разности его температуры и температуры газовой среды, по которой определяется измеряемое давление, Вакуумметр содержит измерительный мест 1 с термочувствительным резистором 2 и с реэистивным датчиком 3 температуры газовой среды, дифференциальный усилитель 4 раэбаланса измерительного моста 1, электронный ключ 5, формирователь 6 импульсов, источники питания 7 измерительного моста 1 и 8 термочувствительного резистора 2, задатчики 9 и 10 соединенные с входами компараторов 11 и 12, элементы И-НЕ 13 и 14, образующие триггер, генератор 15, счетчик )6 и регистр i7. Резистивный датчик 3 отслеживает изменение температуры га,зовой среды. Счетчик 16 обеспечивает подсчет импульсов в течение времени охлаждения. 2 с. п,ф-лы, 2 ил, С реализующего предлагаемый способ из- мерения вакуума;-на фиг.2 вЂ” временные диаграммы, поясняющие способ измере- ния и принцип работы устройства.

Теплоэлектрический вакуумметр, осуществляющий предлагаемый способ измерения вакуума, содержит измерительный мост 1 с термочувствительным резистором 2 манометрического преобразователя в одном плече и с резис1700405 тнвным датчиком 3 температуры газовой среды в другом плече, дифференциальный усилитель 4, электронный ключ 5, формирователь 6 импульсов, источник 7 питания измерительного моста, источник 8 питания термочувствительного резистора 2, задатчики 9 и

10 напряжения, компараторы 11 и 12> элементы И-НЕ 13 и 14, образующие триг- 10 гер, генератор 15, счетчик 16 и резистор 17. Дифференциальный вход усилителя 4 подключен к выходной диагонали измерительного моста 1. Источник 8 питания подключен через электронный ключ 5 к точке соединения выходной диагонали измерительного моста

1 и термочувствительного резистора 2.

Компараторы 11 и 12 соединены первыми .входами с выходом усилителя 4, вторы- 20 ми - с выходами эадатчиков 9 и 10, а выходами вЂ” с первыми входами элементов И-НЕ 13 и 14, образующих .триггер, выходы. которых соединены с их вторыми входами друг друга. Третий вход элемента И-НЕ 14 соединен с управляющим входом электронного ключа 5 и выходом формирователя 6 импульсов, а его выход - с входом К установки счетчика 16, с входом записи С регистра 17, с входом формирователя 6 импульсов.

Информационный вход регистра 17 соединен с выходом счетчика 16, вход которого соединен с выходом генератора 15.

В соответствии с предлагаемым способом измерения вакуумметр рабо,тает следующим образом.

Термочувствительный резистор 2 помещают s газовую среду, давление которой необходимо измерить. Резистив ный датчик 3 отслеживает температуру В р газовой среды (фиг.2а). В 45 момент времени tg начала измерений формирователь 6 импульсов формирует импульс напряжения нулевого уровня (фиг.2ж), например, по сигналу внеш- него запуска или при подаче напряжения питания на вакуумметр; Нулевым уровнем электронный ключ 5 открывается, термочувствительный резистор 2 подключается к источнику 7 питания и нагревается током I< (фиг.2б). В течение времени формирования импульса от до t термочувствительный

" резистор 2 нагревается до температуры © = 8, превышающей заданное запат чиком 9 первое значение температуры

8» (фиг.2в).

При этом триггер на элементах 13 и 14 находится установленным в единич- . ное состояние. В момент времени tg на выходах компараторов 11 и 12 установлены единичные уровни, начинается охлаждение термочувствительного резистора 2 по закону

6(t) бп -(6 -6ср) Р-ехр( я t)j

G шс где 6(й) - текущее значение температуры термочувствительного резистора 2;

m вЂ” масса нити термочувствительного резистора 2;

1 с вЂ” удельная теплоемкость материала нити;

G =ЬР вЂ” тепловая проводимость среды, P вЂ” давление газа;

Ь вЂ” коэффициент пропорциональности; вЂ” текущее время.

При достижении разности температур термочувствительного резистора 2 и газовой среды первого заданного значения 9 вЂ” О р = 9» в момент времени на выходе компаратора 11 устанавливается нулевой уровень (фиг.2д).

На выходе элемента 14 устанавливается логический "0" (фиг.2е). Снимается обнуление счетчика 16 по входу R, на- чинается подсчет импульсов опорной частоты генератора 15. При достижении разности температур 6- 8q» =Оур определяемой задатчиком 10, на выходе компаратора 12 устанавливается нулевой уровень. На выходе элемента 14 в этот момент времени tq формируется логическая "1", осуществляется пере-. запись кода числа подсчитанных импульсов аа интервал времени (Са, Са в регистр 17, обнуление счетчика и за;пуск формирователя 6 импульсов. Осуществляется последующий разогрев и охлаждение термочувствительного резистора 2. Цикл измерения повторяется снова. При этом в течение всего цикла отслеживается изменение температуры газовой среды, что обеспечивается введением в состав измеритель-, 1700405

Очевидно, что

8 (t ) вЂ” Hep = 80, g(йь) -8qð = 6<

1 )(=К ° где ного моста резистивного датчика тем.пературы газовой среды.

При охлаждении термочувствитель"ного резистора 2 в интервале времени ft,g ) выражение (1) принимает вид .

8 (tg) = (,) - I6 (tq) - 6cp3 «

i (i-exp(- вЂ” -> ii)), С

mc где 9 (tg), 6(4) вЂ” температура нити термочувствительного резистора в соответствующие,. моменты времени;

t = t4- tq вЂ” время охлаждения нити от значения разности температур Я, до 9 .

Вычтем из обеих частей равенства (2)

В,р. ("4) & ® (t9) @Р ™ ) Р)

«((1-ехр(- вЂ” вЂ” вЂ” ty )), Ge (3)

В соответствии с этим выражение (3) принимает вид: ба = 9в-6а (i-ехр(- вЂ” вЂ” tq)) °

mc (4) Решая уравнение (4) относительно t, получим:

t 1п вЂ” вЂ” «

Ge 8g

mc 8<

К = вЂ”,. 1n вЂ” вЂ” = Const.

Ge" Sg

Таким образом, измеряя интервал времени tg можно определить давление газовой среды независимо от температуры среды и ее изменения.

Формула изобретения

1. Способ измерения вакуума, включающий нагревание и охлаждение термочувствительного резистора вакуумметрического преобразователя путем включения и выключения перегревающего его относительно температуры газа электрического тока, при этом термочувствительный резистор вакуум.метрического преобразователя нагревают выше первого заданного значения температуры, а охлаждают ниже второго заданного значения температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения влияния температуры газа и потерь тепла в период нагревания и повышения быстродействия, определяют скорость теплообмена между предварительно нагретым термочувствительньпк резистором вакуумметрического преобразователя и газом путем измерения интервала. времени охлаждения термочувствительного резистора от первого заданного значения температуры до второго, по которому определяют вакуум.

2. Устройство для измерения вакуума„ содержащее термочувствительный резистор манометрического преобразователя, включенный в первое плечо измерительного моста, выходная диагональ которого подключена к входу дифференциального усилителя, а диагональ питания вЂ” к источнику питания, а также электроннык ключ и формирователь импульсов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения

,влияния температуры газа и потерь тепла во время нагревания, а также повышения быстродействия, в него введены резистивный датчик температуры газа, источник питания термочувствительного резистора, электронный ключ, первый и второй задатчики напряжения, первый и второй компараторы, первый и второй элементы И-НЕ, а также последовательно соединенные генератор опорной частоты, счетчик и регистр, при этом резистивный датчик температуры включен во второе плечо измерительного моста,, источник питания термочувствительного резистора подключен через электронный ключ к точке соединения выходной диагонали измерительного моста и термочувствиl700405 тельного реэистора, выход дифференциального усилителя подключен параллельно к первым входам первого и второго компараторов, к вторым входам ко-> торых подключены соответственно первый и второй задатчики напряжения, выходы первого и второго компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов И-НЕ» причем выход 10 первого элемента И-HE подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, а ) выход второго элемента И-НЕ подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к входам установки нуля счетчика и регистра и к входу формирователя импульсов, выход . которого подключен к третьему входу второго элемента И-НЕ и к управляющему входу электронного ключа.

Яр

1к

Составитель А.Зосимов

Редактор Н.Химчук Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 4461 ТНр +3K 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

Способ измерения вакуума и устройство для его осуществления

Изобретение относится к вакуумной технике и позволяет снизить погрешность градуировки теплового вакуумметра путем проведения индивидуальной калибровки типовой градуировочной зависимости в трех точках диапазона измеряемых давлений: в крайних при нулевом и атмосферном давлениях и в середине диапазона

Устройство контроля вакуума в электровакуумном приборе // 1657991

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля вакуума п отпаянных электровакуумных приборах (ЭВП)

Теплоэлектрический вакуумметр // 1599688

Изобретение относится к приборостроению и позволяет расширить диапазон рабочих температур теплоэлектрического вакуумметра

Теплоэлектрический преобразователь давления // 1569627

Изобретение относится к приборам для измерения давлений разреженных газов и может найти применение в различном вакуумном оборудовании для измерения давления в диапазоне 10<SP POS="POST">-1</SP> - 10<SP POS="POST">5</SP> Па

Тепловой вакуумметр // 1525514

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить удобство эксплуатации теплового вакуумметра при замене датчика

Способ измерения вакуума // 1509655

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в вакуумметрических системах для измерения давления разреженных газов

Теплоэлектрический вакуумметр // 1422037

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точ-

Теплоэлектрический вакуумметр // 1420408

Изобретение относится к вакуумной манометрии и м.б

Теплоэлектрический преобразователь давления // 1420407

Изобретение относится к вакуумной манометрии и позволяет повысить точность и стабильность в условиях изменения пространственной ориентации устр-ва

Терморезисторный датчик давления // 1392407

Теплоэлектрический вакуумметр // 2104507

Способ измерения давления газа и устройство для его осуществления // 2036448

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения давления газов в широком диапазоне давлений

Способ измерения давления разреженного газа и устройство для его осуществления // 1747968

Изобретение относится к измерительной технике

Датчик давления // 1760421

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к теплоэлектрическим датчикам давления, и может быть использовано для измерения малого избыточного давления с повышенной точностью

Теплоэлектрический вакууметр // 1786378

Способ измерения давления и устройство для его осуществления // 1830139

Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой и датчик вакуума на его основе // 2485465

Изобретение относится к датчикам вакуума для измерения давления разреженного газа в вакуумных установках различного назначения

Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой заданной чувствительности и датчик вакуума на его основе // 2505885

Изобретение относится к измерительной технике. В способе изготовления датчика вакуума с наноструктурой получают гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Тонкопленочный полупроводниковый резистор формируют в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)100%-x(SnO2)x. Массовую долю компонента х определяют (задают) в интервале 50%≤х≤90% путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом. Золь приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl) и двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O). Изобретение обеспечивает повышение чувствительности датчика вакуума. 2 н.п. ф-лы, 10 ил.

Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой повышенной чувствительности и датчик вакуума на его основе // 2506659

Изобретение относится к измерительной технике. Способ изготовления датчика вакуума с наноструктурой повышенной чувствительности заключается в том, что образуют гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Тонкопленочный полупроводниковый резистор формируют в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)20%(SnO2)80% путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту и двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O) в определенных соотношениях. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности датчика вакуума. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума и датчик вакуума // 2539657

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при изготовлении датчиков вакуума для измерения давления разреженного газа в вакуумных установках различного назначения. Предложен способ изготовления наноструктурированного чувствительного элемента датчика вакуума, заключающийся в образовании гетероструктуры из различных материалов, в которой формируют тонкопленочный полупроводниковый резистор, после чего ее закрепляют в корпусе датчика, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Тонкопленочный полупроводниковый резистор формируют в виде сетчатой наноструктуры (SiO2)40%(SnO2)50%(In2O3)10%, где 40% - массовая доля диоксида кремния (SiO2), 50% - массовая доля диоксида олова (SnO2), 10% - массовая доля оксида индия (In2O3), путем нанесения золя ортокремниевой кислоты, содержащего гидроксид олова, на подложку из кремния с помощью центрифуги и последующим отжигом, который приготавливают в два этапа, на первом этапе смешивают тетраэтоксисилан и этиловый спирт, затем на втором этапе в полученный раствор вводят дистиллированную воду, соляную кислоту (HCl) и двухводный хлорид олова (SnCl2·2H2O), а также дополнительно 4,5-водный нитрат индия (In(NO3)3·4,5H2O). Предложен также датчик вакуума с наноструктурой, изготовленной по предлагаемому способу. Технический результат - повышенная чувствительность датчика по сравнению с ранее известными. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.