Способ измерения давления разреженного газа 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. Цель - повышение быстродействия и расшир-ение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа. Измерения проводят за три последовательных временных такта. В первом такте термочувствительный датчик давления перегревают первым перегревающим током от первого до второго фиксированного значения температуры термочувствительного датчика, во втором выключают перегревающий ток и охлаждают его от второй до первой фиксированной температуры , в третьем включают второй перегревающий ток, не равный первому до достижения термочувствительным датчиком второй фиксированной температуры, U) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 1. 21/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И.ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВтоРСИ0МЧ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4811389/10 (22) 09.04.90 (46) 1.5.07.92. Бюл. N- 26 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температур

АН УССР (72) С П.Логвиненко и В.С,Мотузко (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство CCCF tIk 1509655. кл. G 01 L 21/12, 1988.

Авторское свидетельство СССР

hk, 1318818, кл. 6 01 L 21/12, 1985; (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

РАЗРЕЖЕННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

5U «1747968 А1

2 (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель вЂ” повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет одновременного из- мерения температуры газа, Измерения проводят за три последовательных временных такта. В первом такте термочувствительный датчик давления перегревают первым перегревающим током от первого до второго фиксированного значения температуры термочувствительного датчика, во втором выключают перегревающий ток и охлаждают его от второй до первой фиксированной температуры, в третьем включают второй перегревающий ток, не равный первому до достижения термочувствительным датчиком второй фиксированной температуры, 1747968

Устройство для измерения вакуума содержит терморезистор, включенный в одну из ветвей измерительного моста, усилитель, формирователь опорных импульсов, блок

Изобретение относится к технике теплофизических измерений и может быть использовано для измерения малых давлений газа и его температуры, Известен способ измерения вакуума 5 выделения интервалов времени, регулятор напряжения, электронный ключ и эадатчик напряжения смещения.

Недостатком известных способа и устройства является малое быстродействие при помощи термопреобразователя, включающий его перегрев током постоянной

- мощности, измерение температуры термочувствительного резистора через равные при измерении вакуума, что связано с необпромежутки времени и дальнейшее опредеходимостью регулирования мощности для ление давления при помощи математической формулы, Йтедостатком данного способа явполучения заданного времени нагрева, для чего необходимо выполнение нескольких циклов нагрева-охлаждения терморезистоляется невозможность проведения с ра. При быстром изменении давления этот

его помощью комплексных измерений параметров разреженных газов вЂ” давления недостаток усиливается. Быстродействие и температуры. Сочетание отдельных типов известного способа ухудшается также в связи с необходимостью периодической тарировки времени нагрева при измерении измерений приводит к значительной длительности проведения этих измерений, 20

Найболее близки к предлагаемым спотемпературы окружающей среды, для чего соб измерения вакуума и устройство для его осуществления, бснованные на использование термочувствтительного резистора. Термореэйстор нагревают и охлаждаю г путем терморезистор выводят иэ режима измерения, Кроме того, отсутствует возможность одновременного определения температуры окружающего газа периодического включения и выключения

Цель изобретения вЂ” повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа. перегреваю щего его относительно температуры газовой среды электрического пбстбянного тока, при этом измеряют время нагрева тертморезистара от первого исходного значенйя на нормированную величину, 30

Как следует из теории калориметрического эксперимента, если тело, размещен-.

-.ное в газе с температурой д,р, и имеющее начальнуютемпературу 01 > Ocp за некоторое время нагреть мощностью Р до конечохлаждают терморезистор до температуры ниже второго исходного значения; не рав ного первому, измеряют время нагрева тер. мореэтистора от третьей фиксированной

35 ной температуры 9z. то необходимо для температуры до четвертой, затем периодически включают и выключают перегреваю- нагрева тела количество тепла д1 (потери щий ток, давая возможность температуре тепла этим телом на теплообмен излученитерморезистора измениться на нормиро- ем и теплопроводностью по элементам ванное приращение и регулйруя при этом конструкции минимизированы и не учитыего величину до тех пор, пока длительность 40 ваются) может быть определено из уравневторого интервала не станет равной дли- . ния теплового баланса телъностив первого; определяют мощности, видепившиесв ив терморевисторев первом 01= + (8I вЂ” 81 ) + а f (8 вЂ” 8cp)dt, (1). и втором интервалах времени, давление определяют по математической формуле. 45 "де Н = ®C ((т(вЂ” масса; С вЂ” теплоемкость); причем в течение каждого такта проводят измерение количества тепла, выделившееся в термодатчике при его нагревании и охлаждении, и интегрирование по времени текущей температуры, Температуру и давление среды определяют по определенным соответствующим математическим зависимостям. Устройство для осуществления способа содержит термочувствительный датчик 1, дискретно управляемый источник

2 тока, усилитель iO с дискретно управляемым коэффициентом усиления, компаратор

19, делитель 20 напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, источник 25 опорного напряжения, преобразователь 2б напряжения, счетчики 27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов, запоминающий блок 30, вычислительный блок 37 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 управления происходит включение и выключение перегревающего тока. 2 с,п. флы, 2 ил.

1747968

t2 (4) -к

Оср (6) а- коэффициент теплоотдачи;

t1, t2 вЂ” моменты времени достижения температур 01 и 02 соответственно;

01 = f Ptdt вЂ” тепло, сообщаемое терt1 морезистору.

Первый член правой части (1) равен количеству тепла, запасенного телом при нагреве его от 01 до 02 второй член вЂ” количеству тепла, отданного телом окружающему газу с темпеРатУРой О,р за вРемЯ Г1 = t2-и1 посРедством теплоотдачи.

Уравнение теплового баланса для участка охлажденИя тела от температуры 02 до момента времени t3 достижения им температуры 01 может быть записано в виде

02= Н(г вЂ” 01 ) +G f (О вЂ” 0cp)dt, (2) с2

1З . где % = ) Pzdt вЂ” тепло, сообщаемое тер12 морезистору измерительным током мощно стью Р2 «Р1.

Уравнение теплового баланса для участка нагрева мощностью Рз > Р2 по аналогии с уравнением (1) запишем в виде

Q3=Н(О1 вЂ” 6 2)+а f (О вЂ” 0,p)dt (3)

-t3

Решая систему уравнений (1) вЂ” (3) относительно а при условии. О,р = const, получаем аДг+0 тг+тз вЂ” ог+оз тг з-тг

13 t (т2+тз) f 0dt вЂ” (т1+т2) 1 Оа

Так как тепловая проводимость среды прямо пропорциональна давлению (P = К а), то

Ч Ц (Т2 + ТЗ ) 1 0dt (Т1 + Т2 ) Г Од1

11 \2 (5)

Решая систему уравнений (1}-(3) относительно Оср, получим

t 13 (01+02) ) Odt (02 +03) Îdt

t2. t2

01 +02 Т2 + T3 02 +03 Т1 +T2

На фиг.1 приведены диаграммы измерения температуры на терморезисторе; на фиг,2 вЂ” структурная схема устройства для измерения вакуума и температуры.

Способ осуществляют следующим образом, Помещенный в измеряемую среду термопреобразователь сопротивления перегревают по отношению к температуре окружающей среды О,р (фиг.1) первым перегревающим током t t до первой фиксированной температуры 01 и с момента ее достижения t1 измеряют количество тепла

О1, выделившееся в терморезисторе до момента времени t2 достижения им второй фиксированной температуры 62 > 01. В момент времени t2 выключают перегревающий ток и измеряют время его охлаждения до температуры Qt,ôèêñèðóÿ момент тз и количество тепла О2, подведенного к терморезистору в процессе измерения. Одновременно на промежутках времени T1 = l2-t1 и Т2 = 1з-12 интегрируют по времени текущуютемпературу терморезистора Î В момент времени 13

25 включают перегревающий ток 12, например

I2 > t1 и измеряют количество тепла, выделившееся на терморезисторе до момента t4 достижения им второй фиксированной температуры 62, интегрируя при этом текущую температуру по времени. В момент времени t4 ток выключают, а температуру среды и давление вычисляют по формулам (5) и (6).

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит терморезистор 1 манометрического преобразователя, дискретно управляемый источник 2 тока, состоящий из ключей 3 вЂ” 5, резисторов 6-8 и усилителя 9, усилитель 10 с дискретно управляемым коэффициентом усиления, состоящий из резистора 11, ключей t2-14, резисторов 15-17 и усилителя 18, компаратор

19, делитель 20 напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, состоящий из резисторов 21 и 22 и ключей 23 и 24, источник 25 опорного напряжения, преобразователь 26 напряжения в частоту, счетчики

27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов, запоминающий блок 30, состоящий из регистров 31 вЂ” 36 памяти, вычислительный блок 37

50 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 управления происходит включение и выключение neperpeeaIo его тока. Обработка информации происходит в вычислительном блоке. Выходные коды вычислительного блока прямо пропорциональны величинам Оср p p, Формула изобретения

1, Способ измерения давления разреженного газа, основанный на нагревании и охлаждении терморезистора периодиче3747968

3Оср (Q+ (Q2 +03 S1 + S2 (К 1

02+03 )(T1+Т2) (01+

40 ским включением и выключением электрического тока, измерении длительности интервалбв времени нагревания и охлаждения, в течение которых темйература терморезистора меняется в заданном фиксированном диапазоне, и определении колйчеств тепла, выделяющихся в терморезисторе в течение каждого интервала времени. отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа, измерения производят в течение первого, второго и третьего интервалов времени; причем в первом интервале времени включают перегревающий ток первой величины и ийтегрируют по времени температуру терморезистора, во втором интервале времени выключают перегревающий ток и интегрируют по времени температуру. терморезистора, в третьем интервале времени включают перегревающий ток второй величины, не равной первой величине, и интегрируют по времени температуру терморезистбра; затем выключают перегревающий ток и определяют давление. Р газа и его среднюю температуру 0cq по соотношениям где К - градуировочный коэффициент;

11,12,73 вЂ” длительности первого; второго и третьего интервалов времени;

Q1,02,Оз вЂ” количества тепла, измеренные в первом, втором и третьем интервалах времени;

S1,S2,Яз вЂ” интегралы температуры терморезистора в первой, второй и третий ийтервалы времени, 2. Устройство для измерейия давления разреженного газа, содержащее термопреобразователь сопротивления и источник опорного напряжения. о т л и ч à ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможност и за счет одновременного измерения температуры газа, в него введены дискретно управляемый источйик тока. усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, делитель напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, преобразователь напряжения в частоту, перв.1й и второй счетчики импульсов, генератор импульсов, запоминающий блок, вычислительный блок, компаратор и блок управления, при этом термопреобразователь подключен к выходу дискретного управляемого источника тока, первый, второй и третий управляющие входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока управления, которые подключены также соответственно к первому, второму и третьему управляющему входам усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, информационный вход которого подключен к термопреобразователю, а выход- к первому входу преобразователя напряжения в частоту и к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу делителя с дискретно управляемым коэффициентом передачи, йервый и второй входы которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока управпе30 ния, вход которого подключен к выходу компаратора, а шестой выход вЂ” к первым входам первого и второго. счетчиков импульсов, причем выход источника опорного напряжения подключен к третьему входу делителя напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к четвертому входу управляемого источника тока, первый выход генератора импульсов соединен с вторым входом второго счетчика импульсов, а второй выход вЂ” с вторым входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к второму входу первого счетчика импульсов, соединенного выходом с первым входом запоминающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго сче"чика импульсов, а третий. четвертый.и пятый его входы соединены соответственно с седьмым. восьмым и девятым выходами блока управления, при

50 этом выходы запоминающего блока подключены к входам вычислительного блока.

1747968

Редактор А.Огар

Заказ 2496 Тираж -, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ф / т

Составитель Н.Александровская

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О,Кравцова

Способ измерения давления разреженного газа и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума

Способ градуировки теплового вакуумметра // 1675710

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

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

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.

Способ изготовления датчика вакуума наноструктурой на основе смешанных полупроводниковых оксидов и датчик вакуума на его основе // 2602999

Изобретение относится к датчикам давления разреженного газа, а также к способам изготовления таких датчиков. Способ изготовления датчиков давления включает образование гетероструктуры, формирование в ней тонкопленочного полупроводникового резистора, имеющего вид сетчатой наноструктуры (SiO2)50%-c(SnO2)50%(In2O3)c (где c - массовая доля In2O3, 1%≤с≤15%), закрепление указанной гетероструктуры в корпусе датчика, и соединение контактных площадок гетероструктуры с выводами корпуса при помощи контактных проводников. Датчик давления, изготовленный в соответствии с предложенным способом, включает в свою конструкцию корпус, установленную в нем тонкопленочную гетерогенную структуру со сформированным в ней тонкопленочным полупроводниковым резистором, контактные площадки, сформированные в гетерогенной структуре, выводы корпуса и контактные проводники, соединяющие контактные площадки с выводами корпуса. Технический результат изобретения заключается в увеличении чувствительности датчика давления при осуществлении измерений в области низкого вакуума. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.