Способ измерения неэлектрических величин электронно- механическим преобразователем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (sI)s С О1 В 7/02

РСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

TBO СССР

ЕНТ СССР) ГОСУ А

ВЕДО С (ГОСП Т

ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К А (21) 4 76 (22) 3 .0 (46) 0 .0 (71) Г ло но-пр и гия" и О (72) Г.

В.Ф.Ч л (56)Ty и неэле р дат. 1 5

Бе л ханич

Энерг я (54) С О

ЧЕСК Х

НИЧЕ К (57) Из нойте н бретение относится к измерительнике, а именно к электрическим изям неэлектрических величин, и

ыть использовано в различных отромышленности, например вакуумборостроительной и т.д. мерительной технике известен споерения неэлектрических величин, щий нагружение упругого элемента ствие его непосредственно на преатель (контактный, реостатный, инй, емкостной). При этом способе еская величина, воздействуя на упемент, изменяет расстояние между ементами преобразования. статком этого способа является неость измерения малых перемещений. рототип выбран способ измерения ических величин в электронно-меИэ ной те мерен может раслях ной, пр

Ви соб иэ включа и возде образо дуктивн механи ругий э двумя э

Нед возмож

За неэлект

268/28

7.90

2.93. Бюл. М 5 вное конструкторское бюро Научзводственного обьединения "Энербьединение "МЭЛЗ"

Огнев, Г.С.Берлин, В,П.Хураськин и яев чин А.М. Электрические измерения ических величин. М.: Госэнергоиз9, с. 268. ин Г.С. Электронные приборы с меки управляемыми электродами. М.:, с. 10.

СОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИВ ЕЛИЧИН ЭЛ Е КТРОН НО-МЕХАИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ бретение относится к измерительwe, а именно к электрическим измерениям неэлектрических величин (давлений, усилий, вибраций). Способ позволяет резко увеличить линейность характеристики тока анода 4а от расстояния между анодом и катодом, кроме того, зйачительно снижаются гистерезисные явления при измерениях неэлектрических величин. Способ измерения отличается тем, что упругий элемент перед воздействием на него неэлектрической величины нагревают до рабочей температуры Тр и поддерживают эту температуру в течение всего"процесса измерения, определяют изменение расстояния между электродами, обусловленное нагревом и соответствующее ему приращение анодного тока, которого учитывают при определении контролируемой величины. 2 ил, ханических преобразователях, заключающийся в том, что неэлектрической величиной механически воздействуют на упругий о элемент электромеханического преобразователя, изменяя расстояние связанного с упругим элементом подвижного. электрода относительного неподвижного, и rio величине анодного тока определяют контролируе- 4Л мую величину.

Способ измерения, взятый за прототип, имеет следующие недостатки. ° eaak

Диапазон измерения неэлектрической величины ограничен малым (не более 1 мм) расстоянием между электродами, При большем расстоянии нарушается стабильность измерения, резко нарушается линейность характеристики тока анода à от расстояния между анодом и катодом (hd).

Кроме того, на точность измерения влияет

1793195 наличие механического гистерезиса, который может составлять 10 — 15 от максимального значения измеряемой величины.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения измеряемой величины с одновременным повышением точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изменения неэлектрической величины электронно-механическим преобразователем, заключающемся в том, что неэлектрической величиной механически воздействуют на упругий элемент электронно- механического и реобразовател, изменяя расстояние связанного с упругим элементом подвижного электрода относительно неподвижного, но и по величине анодного тока определяют контролируемую величину, упругий элемент .предварительно нагревают до рабочей теМпературы Тр, которую поддерживают в процессе измерения и определяют изменение расстояния ЛМ/ между электродами, обусловленное нагревом из соотношения

aW = (Е W+a < }(Гр " То), . где i - коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента;

a — линейный коэффициент расширения материала упругого материала;

I — длина упругого элемента;

Ьд — расстояние между электродами и по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояние приращения анодного тока Я, а величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что расстояние между анодом и катбдом изменяют за счет нагрева гибкого элемента, что становится возможным увеличить диапазон измерения неэлектрической величины, например давления, Это доСтигается тем, что при малых условиях, подаваемых на упругий элемент (УЭ), и при максимальном расстоянии между анодом и катодом, УЭ нагревают, снижая его жесткость и увеличивая его размеры (т.е. уменьшают межэлектродное расстояние). Это позволяет измерить более глубокий вакуум, т.е. расширить диапазон измерения за счет уменьшения нижнего предела измерений.

Кроме того, заявляемый способ отличается от известного тем, что измерения проводят практически с отсутствием гистерезиса, при значительном значении измерительного усилия, что повышает чувствительность упругого элемента и благодаря этому значительно увеличивается точность измерения.

Достигается возможность измерения более глубокого вакуума и с большей точностью.

Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, представленного на фиг.1.

На схеме изображено устройство, содержащее корпус 1 с штуцером 2 предварительного вакуумирования. Внутри корпуса 1

"0 расположен сильфон 3 со штуцером замера

4. Подвижный электрод 5 и неподвижный электрод 6 находятся на расстоянии друг от друга, которое зависит от измеряемого давления.

15 Устройство установлено в термостате (не показан), что позволяет поддерживать постоянной температуру Тр.

Корпус 1 изготовлен из кварцевого стекла. Упругий элемент изготовлен из матери20 ала 36 НХТЮ толщиной 0,1 мм, диаметром

16 мм, длиной 40 мм. Все остальные элементы (электроды 5,6) выполнены аналогичным образом, как и в серийных манотронах

6МДХ1Б, 6МДХ2Б и т,д.

25 Способ реализуют следующим образом.

Через штуцер 2 внутренний объем корпуса вакуумируют до P = 10 Па. Предельное измеряемое давление газов, подводимое к штуцеру 4, равно Р = (2 — 3)

30 10 Па. Более низкий вакуум невозможно замерить из-за недостаточной чувствительности сильфона и сравнительно большего расстояния между электродами. Для расширения диапазона измерения перед воздей35 ствием глубокого вакуума упругий элемент в термостате постепенно нагревают до более высокой температуры, что температура окружающей среды, и эту температуру поддерживают постоянной в процессе измере40 ния.

При этом заранее рассчитано, что положение подвижного электрода относительно неподвижного изменяется на hW в зависимости от Тр по формуле

45 AW=(Q Лd+ а г", )(Тр — Т,} где А = 3,9 10 р-16,6 10 (для диа-4 1 . -6

10 С пазона 20-200 C).

Линейность изменения модуля упругости.4 (жесткости) от температуры известна как теоретически, так и экспериментально и зафиксирована конкретно для сильфонов а

ГОСТ 21482-76.

Следует заметить, что характеристика гибких элементов (а-именно, сильфона) в пределах рабочего давления близка к ли нейной. Таким образом, исходя из линейных пропорциональных зависимостей Р от Ь, 1793 195 где 1 — сила, под действием которой гибкий элемент перемещается на расстояние hd.

7аким образом получается аналогичное с удлинением, где удлинение в зависимости от температуры Л l =a l (а — линейный коэффициент расширения материала; дли изме дит с с пас силь трон на ф нахо (50— возн

С личи зова неэл возд но-м няя элем тельн го т велич цель диап предв пера ние изме гру тем ски дил мм, рон расс ным порт

I -- f зави дви рех алек граф а). ак показали измерения, сильфон, наенный малым давлением, в диапазоне ератур до 100 С ведет себя практичеак брусок длиной 1. Измерения провона стандартном сильфоне длиной 80 иаметром 16 мм. Реально в механотых преобразователях (монотронах) ояние между подвижным и ненодвижэлектродами не измеряется; По пасым данным существуют зависимости

d), Физически это представляет собой имость тока от расстояния между поным и неподвижным электр дами. Пед от тока к расстоянию между родами W ìîæíî провести с помощью ческих зависимостей. аким образом, расширение диапазона ения измеряемой величины происхоедующим образом. Берется монотрон ортными данными (известно1 — длина она, прямая I= ftd). Например, моно6МДХ11С и помещается в термастат.. арактеристика монотрона приведена

r.2, Диапазон измеряемых давлений ится в пределах (6,7 10з) — (1,4 10 ) Па

1060 мм рт,ст. В процессе работы кла необходимость измерить более ормула изобретения особ измерения неэлектрических везлектронно-механическим преобраелем, заключающийся в том, что ктрической величиной механически ствуют на упругий элемент электронханического преобразователя, измеасстояние связанного с упругим нтом подвижного электрода относинеподвижного,.и по величине аноднока определяют контролируемую ну,отличающийся тем,что,с повышения точности.и расширения зона измерений, упругий элемент рительно нагревают до рабочей темры Тр, которую поддерживают в течероцесса измерения, определяют ение расстояния ЛМ между электроглубокий вакуум. Работы проводились при температуре окружающей среды, равной

20 С. Для этого нагревают монотрон до Тр=80ОС и термостатируют при этой темпера-5 туре. При этом подвижный электрод сдвигается на A W, определяемой по приведенной формуле, где d - (паспортные данные) максимальное расстояние между электродами.

По ЛЧЧопределяют I по графикам, Л 1(для

10 конкретного напряжения на аноде U -16В).

В связи с тем, что расстояние между электродами уменьшилось на hW точка А поднимается над характеристикой на расстояние АГ и станет А > (см.фиг.2). Снимая

15 характеристики т".рмостатируемого монотрона, получим новую зависимость I - f(P), которая будет находиться над известной зависимостью. Продолжая зависимость I=f(P) до пересечения с осью Р получим рас20 ширение диапазона до 1,33 10 (10 мм рт.ст.).

Таким образом появилась возможность расширять диапазон измерения монотрона

25 с 6,7 10 Па. (50 мм рт.ст.) до 1,33 10 Па (10 мм рт.ст.). Наибольший коэффициент получается при измерениях глубокого вакуума.

Нагрев и термостатирование монотрона

6МДХ12С при Тр = 80 С позволило изме30 рить вакуум с достаточной степенью достоверности, равной ° 10 Па, Измерение такого глубокого вакуума было невозможным для такого тйпа приборов как отечественной конструкции, так и зарубежной.

35 дами, обусловленное нагревом из соотношения

ДИ/=(Яе Лб+.44Т„ -Т ), где Ла — коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента; а1- коэффициент линейного термического расширения:материала упругого элемента;

hd — максимальное расстояние между электродами;

1 — длина упругого элемента;

То — температура окружающей среды по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояния приращение анодного тока Л 1, а величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения.

1793195

Составитель В.Челяев

Техред М.Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор Б.Федотов

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

Заказ 493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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