Ионизационный вакуумметр


 


Владельцы патента RU 2481562:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к ионизационным вакуумметрам, в которых используется магнитный электроразрядный датчик вакуума. Заявленный ионизационный вакуумметр содержит магнитный электроразрядный датчик вакуума и измерительный блок, подключенный кабелем к датчику вакуума, содержащий высоковольтный источник питания, токоизмерительный резистор и индикатор, подключенный параллельно этому резистору, катод датчика вакуума подключен через кабель и токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, введены n электроразрядных датчиков вакуума, n токоизмерительных резисторов, n индикаторов и n+1 токоограничивающих резисторов. Анод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоограничивающий резистор к плюсовой шине высоковольтного источника питания, катод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, который выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения аккумулятора в высокое напряжение питания датчиков вакуума. Каждый индикатор подключен параллельно соответствующему токоизмерительному резистору, причем величина всех токоограничивающих резисторов Rогр.1…Rогр.n установлена в пределах Rогр.1=…=Rогр.n=(0,5-2,0)Uв/Imax.1(n)=Rизм.1=Rизм.n, где Uв - напряжение высоковольтного источника питания, Imax.1 и Imax.n - максимальные токи разрядов первого и n-го датчиков вакуума в режиме измерения. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного изобретения заключается в расширении функциональных возможностей ионизационного вакуумметра за счет увеличения до двух и более числа датчиков вакуума, а именно в обеспечении одновременной и независимой работе двух и более датчиков вакуума от общего высоковольтного источника питания, также в уменьшении габаритов и веса измерительного блока. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к измерению вакуума с помощью ионизационных вакуумметров, в которых используется магнитный электроразрядный датчик вакуума.

Существует задача измерения вакуума в нескольких точках контролируемого объема. Если контролируемый объем достаточно велик, то эта задача может решаться с помощью нескольких приборов, таких как портативный ионизационный вакуумметр MP7ER фирмы TELEVAC с питанием от сети постоянного тока напряжением 24 В. Этот вакуумметр содержит магнитный электроразрядный датчик вакуума, конструктивно совмещенный с измерительным блоком, который имеет преобразователь постоянного напряжения сети 24 В в высокое напряжение возбуждения датчика (2-4) кВ, токоизмерительный резистор и индикатор напряжения, подключенный параллельно этому резистору и гермоввод, необходимый для подключения датчика к контролируемому объему.

Действие этого ионизационного вакуумметра основано на измерении зависимости силы тока самостоятельного электрического разряда в разреженном газе в скрещенных магнитных и электрических полях от концентрации газа.

Конструктивное совмещение датчика, измерительного блока и гермоввода в моноблоке не позволяет использовать вакуумметр для работы с двумя магнитными электроразрядными датчиками вакуума.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ионизационный вакуумметр, содержащий магнитный электроразрядный датчик вакуума и измерительный блок, подключенный кабелем к датчику вакуума, измерительный блок, включающий в себя высоковольтный источник питания, токоизмерительный резистор и индикатор, подключенный параллельно этому резистору, анод датчика вакуума подключен через кабель к положительной шине высоковольтного источника питания, а катод датчика вакуума подключен через кабель и токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания (Вакуумметр электроразрядный магнитный ВМБ-1/8-001, 3.476.008 ТУ).

Как оказалось недостатком данного устройства является то, что измерительный блок обеспечивает работу только одного электроразрядного датчика вакуума. Экспериментально было установлено, что включение (зажигание разряда) нескольких однотипных датчиков вакуума, находящихся в среде с одинаковым давлением газа, происходит при несильно различающихся, но неодинаковых по величине напряжениях зажигания (разброс напряжений зажигания составляет порядка 200-300 В). Это объясняется тем, что напряженность и форма магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, а также геометрические размеры электродов датчиков имеют некоторый разброс, который и обуславливает различные напряжения зажигания датчиков. Поэтому параллельное включение двух и более магнитных электроразрядных датчиков вакуума приводит к тому, что после включения датчика, имеющего более низкое напряжение зажигания, происходит шунтирование всех остальных датчиков. Таким образом, первый датчик, который включается, начинает работать, а другие - нет, так как они шунтированы первым датчиком.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей ионизационного вакуумметра за счет увеличения до двух и более числа датчиков вакуума.

Поставленная задача решается тем, что в ионизационный вакуумметр, содержащий магнитный электроразрядный датчик вакуума и измерительный блок, подключенный кабелем к датчику вакуума, содержащий высоковольтный источник питания, токоизмерительный резистор и индикатор, подключенный параллельно этому резистору, катод датчика вакуума подключен через кабель и токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, введены n электроразрядных датчиков вакуума, n кабелей, n токоизмерительных резисторов, n индикаторов и n+1 токоограничивающих резисторов, анод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоограничивающий резистор к плюсовой шине высоковольтного источника питания, катод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, который выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения аккумулятора в высокое напряжение питания датчика вакуума, каждый индикатор подключен параллельно соответствующему токоизмерительному резистору, причем величина всех токоограничивающих резисторов Rогр.i установлена одинаковой и в пределах Rогр.i=(0,5-2,0)Uв/Imax.i>>Rизм.i, где i=1…n+1, Uв - напряжение высоковольтного источника питания, Imax.i - максимальный ток разряда i-го датчика вакуума в режиме измерения. На рисунке для примера приведена функциональная схема ионизационного вакуумметра с двумя магнитными электроразрядными датчиками вакуума.

Ионизационный вакуумметр содержит два электроразрядных датчика вакуума 1 и 2 и измерительный блок 3, подключенный кабелями 4 и 5 соответственно к датчикам вакуума 1 и 2. Измерительный блок 3 содержит высоковольтный источник питания 6, выполненный в виде преобразователя постоянного напряжения аккумулятора в высокое напряжение питания датчиков, два токоизмерительных резистора 7 и 8 и два индикатора 9 и 10, подключенные параллельно соответствующим токоизмерительным резисторам 7 и 8. В измерительный блок 3 введены два токоограничивающих резистора 11 и 12. Катод датчика вакуума 1 подключен через соединительный кабель 4 и токоизмерительный резистор 7 к минусовой шине высоковольтного источника питания 6, а анод - через соединительный кабель 4 и токоограничивающий резистор 11 подключен к плюсовой шине источника питания 6. Катод датчика вакуума 2 подключен через соединительный кабель 5 и токоизмерительный резистор 8 к минусовой шине источника питания 6, а анод - через соединительный кабель 5 и токоограничивающий резистор 12 подключен к плюсовой шине источника питания 6. Причем величина Rогр1 и Rогр2 токоограничивающих резисторов 11 и 12 установлена в пределах Rогр1=Rогр2=(0,5-2,0)Uв/Imax1(2)>>Rизм1=Rизм2, где Uв - напряжение высоковольтного источника питания, Imax1 и Imax2 - максимальные токи разрядов датчиков вакуума 1 и 2 в режиме измерения, Rизм1, Rизм2 - величина токоизмерительных резисторов 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. Магнитные электроразрядные датчики вакуума 1 и 2 устанавливаются в зонах, где необходимо проводить измерения степени разреженности газа (или воздуха). При включении измерительного блока 3 на датчики вакуума 1 и 2 по кабелям 4 и 5 через соответствующие токоограничивающие резисторы 11 и 12 и токоизмерительные резисторы 7 и 8 подается от источника питания 6 высокое напряжение 2-4 кВ. В результате в датчиках возникает сильное электрическое поле, которое вырывает из катодов датчиков электроны и заставляет их двигаться к анодам. Электроны, двигаясь к аноду датчика, сталкиваются с молекулами газа, ионизируя их. Наличие скрещенного электрического поля и магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, приводит к увеличению длины пробега электронов и ионов в межэлектродном пространстве датчика. В результате в каждом датчике возникает тлеющий разряд, интенсивность тока которого прямо пропорциональна количеству молекул газа, находящихся в контролируемых зонах (объемах). Токи тлеющих разрядов датчиков 1 и 2 создают на токоизмерительных резисторах 7 и 8 падения напряжений Uвых1 и Uвых2, которые также пропорциональны количеству молекул газа, а следовательно, и давлениям газов в контролируемых объемах.

Величина сопротивления токоизмерительных резисторов 7 и 8 устанавливается в пределах от 100 Ом до 10 кОм. Напряжения Uвых1 и Uвых2 измеряются индикаторами 9 и 10.

Диапазон измерения магнитных электроразрядных датчиков вакуума составляет 10-3-10-6 Торр (мм рт.ст.).

Опытным путем было установлено, что включение последовательно с каждым датчиком токоограничивающих резисторов 11, 12 определенной величины (порядка 1-3 МОм) позволяет исключить влияние датчиков друг на друга.

Экспериментально было установлено, что при изменении давления от 10-3 до 10-6 Торр ток разряда датчиков вакуума 1 и 2 изменяется от 1 мкА до 1 мА. То есть максимальные токи разрядов датчиков вакуума 1 и 2 составили 1 мА.

Напряжение Uв высоковольтного источника питания 2 было установлено 2,5 кВ. Величины токоограничивающих резисторов Rогр1=Rогр2 были установлены равными 2 МОм. Величины токоизмерительных резисторов Rизм1=Rизм2 были установлены 10 кОм.

Влияние токоограничивающих резисторов 11 и 12 на режим работы датчиков вакуума 1 и 2 проявляется только на «низком» вакууме, то есть при давлении Р=10-3 Торр, когда ток разряда датчиков увеличивается до 1 мА. При этом падение напряжения на токоограничивающих резисторах 11 и 12 увеличивается до 2000 В, а падение напряжения на датчиках вакуума 1 и 2 уменьшается до 500 В. А выходные напряжения на токоизмерительных резисторах 7 и 8 составляют 10 В. На «высоком» вакууме, когда давление газа составляет Р=10-6 Торр, а ток разряда уменьшаются до 1 мкА, падение напряжения на токоограничивающих резисторах 11 и 12 уменьшается до 2 В, а на датчиках вакуума 1 и 2 напряжение увеличивается до 2448 В. При этом выходные напряжения на токоизмерительных резисторах 7 и 8 уменьшились до 10 мВ.

Количество однотипных датчиков вакуума, которые могут быть подключены к общему высоковольтному источнику питания 2, определяется его мощностью и обычно составляет от 2 до 5 штук. При этом мощность высоковольтного источника питания 2 увеличивается с 5-ти до 12,5 Вт.

Введение и соответствующее подключение токоограничивающих резисторов, сопротивления которых определены в соответствии со специальными соотношениями их величин, обеспечивает одновременную и независимую работу двух и более датчиков вакуума от общего высоковольтного источника питания 2. Наличие в измерительном блоке 1 общего высоковольтного источника питания 2 позволяет уменьшить габариты и вес измерительного блока 1, что очень важно для бортовой аппаратуры, используемой в космонавтике, в частности, для поиска мест утечек воздуха из космического корабля.

Ионизационный вакуумметр, содержащий магнитный электроразрядный датчик вакуума и измерительный блок, подключенный кабелем к датчику вакуума, измерительный блок, содержащий высоковольтный источник питания, токоизмерительный резистор и индикатор, подключенный параллельно этому резистору, катод датчика вакуума подключен через кабель и токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, отличающийся тем, что в него введены n электроразрядных датчиков вакуума, n кабелей, n токоизмерительных резисторов, n индикаторов и n+1 токоограничивающих резисторов, анод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоограничивающий резистор к плюсовой шине высоковольтного источника питания, катод каждого датчика вакуума подключен через соответствующий кабель и соответствующий токоизмерительный резистор к минусовой шине высоковольтного источника питания, который выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения аккумулятора в высокое напряжение питания датчика вакуума, каждый индикатор подключен параллельно соответствующему токоизмерительному резистору, причем величина всех токоограничивающих резисторов Rогр.i установлена одинаковой и в пределах Rогр.i=(0,5-2,0)Uв/Imax.i>>Rизм.i, где i=1…n+1, Uв - напряжение высоковольтного источника питания, Imax.i - максимальный ток разряда i-го датчика вакуума в режиме измерения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к воспроизведению прослушиваемого контента, в частности к способам расширения ширины полосы аудиосигнала. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля герметичности космических аппаратов и орбитальных станций. .

Изобретение относится к технике измерения среднего и низкого вакуума и может быть использовано при создании вакуумметров с пределами измерения от 0,1 до 105 Па. .

Изобретение относится к обработке сигналов. .

Изобретение относится к технике измерения среднего и низкого вакуума и может быть использовано при создании вакуумметров с пределами измерения от 0,1 до 105 Па. .

Изобретение относится к технике измерения высокого вакуума и может быть использовано при создании ионизационных вакуумметров с пределами измерения от 1 до 10-10. .

Изобретение относится к распознаванию речи глухонемыми людьми и позволяет расширить возможности распознавания звуков речи с учетом индивидуальных особенностей голоса говорящего.

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

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к ионизационным вакуумметрам, в которых используется магнитный электроразрядный датчик вакуума. Техническим результатом является повышение безопасности работы с вакуумметром посредством гальванической развязки цепи индикатора и цепи возбуждения магнитного электроразрядного датчика. Ионизационный вакуумметр содержит магнитный электроразрядный датчик вакуума и измерительный блок, содержащий генератор, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к генератору, а высоковольтная обмотка подключена к высоковольтному выпрямителю, плюсовая шина которого подключена к аноду магнитного электроразрядного датчика вакуума, а минусовая шина подключена к первому выводу токоизмерительного резистора, и индикатор. Также вакуумметр содержит два транзисторных оптрона, один операционный усилитель, три резистора. В трансформатор введена дополнительная обмотка, подключенная к стабилизатору напряжения, катод светодиода первого оптрона подключен ко второму выводу токоизмерительного резистора, анод светодиода первого оптрона - к катоду датчика вакуума. Коллектор первого транзисторного оптрона соединен с эмиттером второго транзисторного оптрона и подключен к инвертирующему входу операционного усилителя. Эмиттер первого транзисторного оптрона соединен с минусовой шиной стабилизатора напряжения, коллектор второго транзисторного оптрона соединен с плюсовой шиной стабилизатора напряжения, выход операционного усилителя подключен к аноду светодиода второго оптрона. Катод светодиода второго оптрона подключен к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с минусовой шиной стабилизатора напряжения, первый вывод второго резистора подключен к плюсовой шине стабилизатора напряжения, первый вывод третьего резистора подключен к минусовой шине стабилизатора напряжения, вторые выводы второго и третьего резисторов подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя. Индикатор подключен параллельно первому резистору. 1 ил.

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.

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.

Изобретение относится к микроэлектромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и измерения давления. Техническим результатом является уменьшение паразитной теплопередачи и повышение чувствительности термоанемометра. Мембранный термоанемометр содержит нагреватель и термодатчик, газонаполненную герметичную полость кристалла. Газ в полости имеет диапазон значений теплопроводности не выше, чем одна десятая от теплопроводности материала мембраны. Нагреватель и термодатчик расположены внутри этой полости. Термоанемометр может использоваться в качестве датчика давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения вакуума и может быть использовано при создании ионизационных вакуумметров для измерения высокого и сверхвысокого вакуума. Вакуумметрический преобразователь содержит концентрически расположенные штыревой анод, полый цилиндрический холодный катод, одновременно являющийся постоянным магнитом, намагниченным в осевом направлении, и конические полюсные накладки, формирующие в активной зоне преобразователя поперечное электрическому магнитное поле. Кроме того, преобразователь содержит центрирующую шайбу, к которой крепится электродная система преобразователя. Также в преобразователь введены дополнительные электроды, на которые подается постоянное напряжение от дополнительных внешних выводов, включаемое на нижних пределах измерения, а конические полюсные накладки электрически изолированы от цилиндрического холодного катода с помощью тонких диэлектрических шайб или диэлектрических слоев, нанесенных на поверхности конических полюсных накладок, контактирующих с торцевыми поверхностями цилиндрического холодного катода; при этом конические полюсные накладки электрически соединены между собой и с корпусом, а цилиндрический холодный катод электрически соединен со своим внешним выводом с помощью дополнительного провода. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

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.

Изобретение относится к области измерительной и космической техники и может быть использовано для контроля герметичности космических аппаратов. Техническим результатом изобретения является увеличение электрической прочности и вибростойкости конструкции датчика вакуума. Датчик вакуума содержит корпус, коаксиальный цилиндрический анод, дисковые катоды и магнитную систему, составленную из двух дисковых постоянных магнитов, которые вместе с коаксиальным цилиндрическим анодом и дисковыми катодами размещены в корпусе датчика с отверстиями. Коаксиальный цилиндрический анод выполнен с отверстиями, внутри коаксиального цилиндрического анода на дисковых катодах расположены дисковые постоянные магниты, и каждая пара дисковых катодов и дисковых магнитов скреплена между собой и закреплена внутри цилиндрического анода диэлектрическими держателями. Верхний и нижний диэлектрические держатели выполнены из фторопласта или материала с подобными диэлектрическими свойствами, нижний диэлектрический держатель с клеммами для подачи высокого напряжения установлен на основании, которое прикреплено к корпусу винтами, а воздушные полости между корпусом и верхним диэлектрическим держателем и основанием и нижним диэлектрическим держателем заполнены герметиком. 1 ил.
Наверх