Теплоэлектрический вакуумметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iij998883

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 101281 (21) 3363936/18-10

51)М Кн з

G 01 L 2I/10 с присоединением заявки N9—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет— (53) УДК 531. 788 (088.8) Опубликовано 230283, Бюллетень No 7

Дата опубликования описания 230283 (72) Авторы изобретения ров

Л.П. Стэробахин, f0.Ë. Эмке, A.Â. Ку (73) Заявитель (547 ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВАКУУМИЕТР

Изобретение относится к приборам, измеряющим низкие давления, в частности к тепловым вакуумметрам, и может быть использовано при измерении низких давлений с повышенной точностью.

Йэвестны теплоэлектрические вакуумметры, работа которых основана на изменении теплопроводности газа в зависимости от давления. Например известен теплоэлектрический вакуум- . метр, содержащий манометрический преобразователь, мостовую измерительную схему, генератор - усилитель и регистрирующий прибор, присоединен= ный через переменный резистор к манометрическому преобразователю. Последовательно с регистрирующим прибором включен постоянный резистор, параллельно которому подключена цепочка из соединенных последовательно источника постоянного напряжения и дополнительного переменного резистора 11).

Работа вакуумметра основана на йз"

:,менении теплопроводности газа в за висимости от давления (степени ва- куума) и изменении в связи с этим подаваемой мощности для поддержания заданного сопротивления.

Недостатком этого вакуумметра является большая погрешность измерения при изменении температуры окружающей среды, так как в конструкции нет компенсационного датчика. Нелинейность градуировочной характеристики сказывается на уменьшении точности в требуемом диапазоне измерения, особенно при применении в системе автоматического регулирования.

Чувствительность известного вакуумметра недостаточно высока в большей степени на низком ва Сууме, так как сопротивление цепочки последовательно соединенных диодного выпрямителя, регистрирующего прибора, постоянного резистора и параллельно подключен- ; ного к нему переменного резистора и источника является постоянным для данного режима настройки, это также шунтирует преобразователь и ведет к снижению точности измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является теплоэлектрический вакуумметр, содержащий источник питания и датчики сопротивления .- измерительный и компен сационный, каждый из которых включен в одно из плеч моста, причем;цля.обеспечения компенсации внешней среды

998883 один из датчиков сопротивления помещен в корпус, из которого откачан воздух, а другой датчик соединен с измеряемым объемом. Два другие плеча моста образованы омическими сопротивлениями 12).

Наличие компенсационного датчика (термопреобразователя) дает уменьшение погрешности от изменения внешней температуры при равенстве значения давлений в измерительном и компенсационном датчиках (термопреобразова-. телях).

Недостатком известного вакуумметра является то, что схема компенсации работает удовлетворительно только в том случае, когда давление в измерительном и компенсационном датчиках примерно одинаковое. При различных давлениях эта схема не обеспе"ивает удовлетворительной компенсации и вакуумметр обладает значительной температурной погрешностью, которая очень велика при большой разности давлений вследствие того, . то сопротивления измерительного и компенсаl. ционного датчиков различны и влияние температуры по-разному сказывается на изменении сопротивления.

Кроме того, известный теплозлектрический вакуумметр обладает низкой чувствительностью, особенно при измерении давления в верхнем пределе (относительно высокие давления), и

c1I0

75 не позволяет смещать диапазон измерений в ту или иную сторону, а также лианеризовать градуировочную характе- ристику.

Поддержание давления в известном вакуумметре, а именно в компенсационном датчике, постоянным является сложной задачей. если компенсацион- 40 ный датчик откачан до давления, близкого к измеряемому, то это увеличивает точность измерения. Но в этом случае компенсация происходит лишь вблизи равенства давлений. В случае отклонения давления в измерительной камере от давления в компенсационной камере точность измерения значительно уменьшается. Поддерживать давление в компенсационной камере на постоянном щ уровне является сложной задачей, так как возможно натекание газа извне.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет компенсации температурной погрешности и увеличения чувствительности.

Эта цель достигается тем, что известный теплозлектрический вакуумметр снабжен дифференциальным усилителем, транзистором, в эмиттерную цепь которого включен переменный резистор, 6О и дополнительной цепочкой иэ двух попарно параллельно соединенных диодов и резисторов с последовательно включенным постоянным резистором, при этом входы дифференциального 65 усилителя подключены к измерительной диагонали моста, а выход его подключен к базе транзистора, коллектор которого соединен с одним из выводов измерительного датчика сопротивления, подключенного к питающей диагонали моста, вывод переменного резистора подключен к точке соединения выводов. двух датчиков сопротивления, а дополнительная цепочка включена параллельно переменному резистору, причем регистрирующий прибор подключен к точке измерительной диагонали моста, с которой соединены плечи с резисторами, и к точкам попарного соединения резисторов и диодов дополнительной цепочки.

На чертеже представлена принципиальйая схема теплоэлектрического вакуумметра.

Вакуумметр содержит измерительный

1 и эталонный (компенсационный) 2 термопреобразователи в виде датчиков сопротивления, помещенные в корпуса

3 и 4 из теплоправодящего материала и соединенные между собой пластиной

5 также из теплопроводнсго материала.

Термопреобразователи 1 и 2 включены в плечи измерительной мостовой схемы, состоящей из собственно термопреобразователей 1,2 и постоянных резисторов б, 7. Вакуумметр содержит резисторы 8 и 9, регистрирующий прибор .10.

Вакуумметр снабжен дифференциальным усилителем 11, транзистором 12 и цепочкой из двух попарно параллельно соединенных диодов 13, 14 и резисторов 15,16. Входы дифференциального усилителя 11 подключены к диагонали мостовой схемы, на которой размещены точка соединения термонреобразователей 1 и 2 и точка соединения постоянных резисторов б и 7, а выход его подключен к базе транзистора 12, кол- . лектор которого соединен с одним иэ выводов измерительного термопреобразователя 1, эмиттер транзистора

12 соединен с переменным 8 и постоянНым резистором 9.

Второй вывод переменного резистора 8 подключен к точке соединения двух термопреобраэователей 1 и 2, а дополнительная цепочка и постоянный резистор 9 подключены параллельно переменному резистору 8, регистрирующий прибор 30 подключен ко второй точке упомянутой диагонали мостовой схемы и к точкам попарного соединения резисторов 15, 16 и диодов 13, 14 цепочки.

Устройство работает следующим образом.

B диагональ моста, образованную точками соединения постоянных резис-. торов б, 7 и термопреобразователей

1, 2, подают напряжение от посто- . янного источника постоянного напря998883 жения. Дифференциальный усилитель

11 поддерживает нулевую разницу напряжений в диагонали, т.е. сопротивление термопреобразователя 1, при помощи транзистора 12, переменного сопротивления 8, постоянного сопротивления 9 и дополнительной цепочки одинаково с сопротивлением термопреобразователя 2. Изменение внешней температуры не сказывается на точность измерения, так как термопре- 1О образователи 1 и 2 находятся в одинаковых" условиях и относительное изменение характеристик одного из термопреобраэователей (измерительного) компенсируется за счет того, что $5 оба термопреобразователя соединены теплопроводящей пластиной 5. Напряжение термопреобразователей 1 поддерживается постоянным и температура его не возрастает за счет поддержания нулевого потенциала на входе дифференциального усилителя 11 и шунтирования транзистором 12, резисторами 8 и 9 и дополнительной цепочкой. В начальный момент вакуумметр калибруется на нулевые показания при атмосферном давлении путем изменения резисторов б и 7, для этого может быть предусмотрен в схеме (на чертеже указан пунктиром) резис- ЗО тор, включенный в качестве делителя напряжения последовательно с резис4 торами б и 7 подвижный контакт которого подключен ко входу дифференциального усилителя 11. 35

Изменение давления в корпусе 3 вызывает изменение сопротивления термопреобразователя 1, а дифференциальный усилитель поддерживает сопротивление плеч, в которые включены 4О термопреобраэователи 1 и 2, одинаковым за счет шуитирования термопреобраэователя 1 транзистором 12, последовательно с которыми включены резис-. торы 8, 9 и дополнительная цепочка.

После этого вакуумметр градуируется.

В диапазоне низкого вакуума дифференциальное сопротивление диодов

13 и 14 дополнительной цепочки велико и общее сопротивление, шунтирующее термопреобразователь 1, также велико. Малому изменению сопротивления термопреобразователя 1, которое достаточно мало, соответствует значительное изменение общего сопротивления, а значит и напряжения измеряемого .регистрирующим прибором

10, а следовательно, н большая чувствительность. Для теплового преобразователя в диапазоне низких давлений (от 5 до бО мм рт.ст.) чувстви- О тельность к изменению давления мала.

Введение в конструкцию вакуумметра дифференциального усилителя 11, транзистора 12 и дополнительной цепочки позволило увеличить чувствительность:б5 его в диапазоне низкого вакуума, а следовательно, и точность измерений.

Изменяя сопротивление переменного резистора 8, изменяем чувствитель.ность вакуумметра в диапазоне низкого вакуума. Резистором 8 задается положение ограничения чувс вительности. Когда сопротивление резистора 8 максимально, чувствительность вакуумметра в диапазоне низкого вакуума значительно повышается и становится малой в диапазоне высокого вакуума.

При дальнейшем повышении вакуума происходит дальнейшее увеличение шунтирования термопреобраэователя 1 и рост напряжения на диодах 13 и 14.

Их дифференциальное сопротивление начинает уменьшаться, что ведет к уменьшению чувствительности в диапазоне высокого вакуума. Когда со-противление резистора 8 уменьшают, дифференциальное сопротивление диодов 13 и 14 начинает уменьшаться при большой степени вакуума. Положением движка на резисторе 8 можно выбирать необходимый .диапазон измерения, а также-компенсировать технологический разброс термопреобразователя и деталей вакуумметра. Кроме того, выбирая номиналы резистора 8 и номиналы резисторов 15 и 1б, а также диодов 13 и 14, можем лианезировать градуировочную характеристику вакуумметра в нужном диапазоне давлений. Например, уменьшением сопротивления резисторов 15 и 16 увеличивает чувствительность в диапазоне средних давлений, так как в этом случае сопротивление резисторов становится одного порядка с сопротивлением диодов.

Таким образом, при изменении давления в корпусе 4 сопротивление .термопреобраэователя 2 начинает расти иэ-за уменьшения теплопроводности газа. Это выэынает разбаланс моста и термопреобразователей. Сигнал. разбаланса, усиленный дифференциальным усилителем 11, управляет работой транзистора 12 таким образом, что сопротивление термопреобразователя

2 остается постоянным. Сигнал; пропорциональный давлению, .снимается с резистора, усиливается масштабным усилителем с регулируеьим коэффициентом усиления и поступает на выход прибора 10. Так как преобразовательработает в режиме постоянной темпе- ратуры, то возможна работа с агрес-; сивными газами беэ отключения градуировочной характеристики.

Подключение регистрирующего прибора к точкам соединения двух диодов и к одной иэ диагоналей моста позволило исключить температурные погрешности чувствительности, так как сопротивление диодов изменяется одинаково -с изменением температуры

99 8883, Формула изобретения

Составитель О. Полев

Редактор В. Лазаренко Техред A.Áàáèíåö Корректор Ю. Макаренко

Заказ 1142/64 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и эта погрешность будет компенсироваться.

Опытные образцы теплового вакуумметра были испытаны на установке осаждения диэлектрических пленок под низким давлением. Тепловой вакуумметр применяется в качестве измерителя давления в автоматической системе регулирования давления в диапазоне 1,33-133 Па. Применение предлагаемого вакуумметра позволило увеличить выход годных на 0,1Ъ íà операции получения низкотемпературного нитрида кремния за счет более точного (в десять раз) поддержания давления.

Теплоэлектрический вакуумметр, содержащий измерительный и компенсационный датчики сопротивления, включенные в смежные плечи измерительного моста, в другие плечи которого включены резисторы, источн: к питания и регистрирующий прибор, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет компенсации температурной погрешности и увеличения чувствительности, он снабжен дифференциальным усилителем, транзистором, в эмиттерную цепь которого включен переменный резистор, и дополнительной цепочкой из двух попарно параллельно соединенных диодов и резисторов с последовательно включенным постоянным резистором, при этом входы дифференциального усилителя подключены к измерительной диагонали моста, а выход его подключен к базе транзистора, кол10 лектор которого соединен с одним из выводов измерительного датчика сопротивления, подключенного к питающей диагонали моста, вывод переменного резистора подключен к точке соединения выводов двух датчиков сопротивления, а дополнительная цепочка включена параллельно переменному резистору, причем регистрирующий прибор подключен к точке измери- тельной диагонали моста, с которой

® соединены плечи с резисторами и к точкам попарного соединения резисторов и диодов дополнительной цепочки.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 304468, кл. G 01 Ь 21/10, 1969.

2. Дж. Леек. Измерение давления в вакуумных системах. М., 1968, 30 с. 59-64 (прототип).