ВАКУУММЕТР Российский патент 2001 года по МПК G01L21/36 G01L11/00 

Изобретение относится к средствам измерения давления, а именно к средствам измерения низкого вакуума.

Известен тепловой вакуумметр для контроля низкого вакуума (Г.Л. Эшбах. Практические сведения по вакуумной технике. М.-Л.: Энергия, 1966, c. 105-110), представляющий собой манометрическую лампу, в которую впаяна металлическая нить, нагреваемая электрическим током, подводимым от стабилизированного источника питания. Измерение давления таким вакуумметром осуществляется по сопротивлению металлической нити манометрической лампы.

Недостатком теплового вакуумметра является влияние температуры на работу манометрической лампы, необходимость использования стабилизированного источника питания, нелинейность статической характеристики.

Наиболее близким по технической сущности является ионизационный вакуумметр (Н. И. Штейнбок. Применение радиоактивных излучений в измерительной технике. М. -Л. : МашГИЗ, 1960, c. 192-195), содержащий первый и второй плоские металлические электроды, параллельно установленные в изоляторах, внутренняя поверхность первого из которых покрыта металлическим слоем, содержащим радиоактивное вещество, и электрометр.

Работа ионизационного вакуумметра основана на зависимости ионизационного тока, возникающего между двумя электродами при ионизации заряженными частицами газа и воздействии высоковольтного поля, прикладываемого между этими электродами, от давления этого газа.

Недостатком ионизационного вакуумметра является необходимость использования высоковольтного стабилизированного источника питания, необходимость подключения вакуумметра к объекту через специальный штуцер и большой объем камеры.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простого по конструкции и изготовлению, миниатюрного, удобного в эксплуатации и безопасного средства измерения низкого вакуума.

Технический результат - создание простого по конструкции вакуумметра, обладающего малым объемом камеры и генераторным сигналом.

Технический результат достигается тем, что в вакуумметре, содержащем первый и второй плоские металлические электроды, параллельно установленные в изоляторах, внутренняя поверхность первого из которых покрыта металлическим слоем, содержащим радиоактивное вещество, и электрометр, между электродами размещена диэлектрическая прокладка, выполненная с возможностью образования замкнутой камеры, а второй электрод снабжен отверстием, расположенным по оси, причем этот электрод и металлический слой, содержащий радиоактивное вещество, выполнены из металлов, имеющих различный химический состав, а именно второй электрод выполнен из металла, работа выхода электронов которого отличается от работы выхода электронов металлического слоя с радиоактивным веществом. Толщина диэлектрической прокладки выполнена меньшей длины пробега заряженных частиц радиоактивного вещества металлического слоя.

Такая конструкция обеспечивает возможность сбора ионов, число которых пропорционально абсолютному давлению газа, под действием контактной разности потенциалов, возникающей вследствиe различия работ выхода электронов металла второго электрода и металлического слоя с радиоактивным веществом. Она исключает возможность изменения расстояния между электродами и как следствие сигнала вакуумметра при вибрации за счет наличия диэлектрической прокладки между электродами и обеспечивает возможность создания вакуумметров малого объема и его размещение непосредственно в объекте контроля в виде зонда.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов, их конструктивном исполнении и взаимном расположении.

Схема вакуумметра изображена на чертеже.

Вакуумметр содержит первый 1 и второй 2 плоские параллельно установленные в изоляторах 3 электрода. Внутренняя поверхность первого электрода покрыта металлическим слоем 4, содержащим радиоактивное вещество. К электродам 1 и 2 подключен электрометр 5 с помощью проводников 6. Между электродами 1 и 2 размещена диэлектрическая прокладка 7, выполненная с возможностью образования между электродами замкнутой камеры 8, а электрод 2 снабжен отверстием 9, расположенным по оси, для сообщения камеры 8 с объектом контроля 10. Вакуумметр снабжен металлическим сетчатым экраном 11 для экранирования электрических полей.

В опытном образце вакуумметра электроды имеют диаметр 20 мм. Электрод 2 был изготовлен из алюминия, а электрод 1 - из молибдена. Металлический слой 4 представляет собой титан, насыщенный радиоактивным веществом (тритием), являющимся источником β-частиц. Энергия β-частиц составляет 6 кэВ, а длина пробега β-частиц в воздухе 4 мм. Прокладка 7 была изготовлена из фторопласта и имеет толщину 0.2 мм. Объем камеры 8 вакуумметра составляет 50 мм³. При этом контактная разность потенциалов составляет 0.5В. В качестве электрометра использовался измеритель малых токов типа ИМТ-05, выходной сигнал которого измерялся миллиамперметром.

Работа вакуумметра осуществляется следующим образом.

Вакуумметр устанавливают в объекте контроля. За счет разности работ выхода электронов у металла, из которого изготовлен второй электрод 2, и металлического слоя 4, содержащего радиоактивное вещество, между ними возникает контактная разность потенциалов. Наличие источника радиоактивного излучения вызывает ионизацию молекул газа, находящегося в камере 8 между электродами 1 и 2, и под действием контактной разности потенциалов между электродами 1 и 2 возникает ионный ток, который измеряется с помощью электрометра 5.

Как следует из описания, вакуумметр представляет собой ионизационную камеру, способную работать под действием возникающей в ней собственной разности потенциалов, т.е. без внешнего источника напряжения.

Известно, что значение ионного тока в ионизационных камерах пропорционально абсолютному давлению газа, что позволяет с помощью предлагаемого устройства контролировать низкий вакуум. Опыты, проведенные с разработанным вакуумметром, позволили установить возможность измерения низкого вакуума (определяемого по абсолютному давлению) в диапазонах: (0-760) мм рт.ст. с чувствительностью 0.4•10^-9 мА/мм рт.ст.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- простота конструкции;
- малые габариты;
- генераторный сигнал измерительного устройства, исключающий необходимость использования высоковольтного стабилизированного источника питания.

Предлагаемый вакуумметр может быть реализован с использованием безопасного для здоровья человека тритиевого источника радиоактивного излучения и стандартного микросхемного электрометрического усилителя тока.

Вакуумметр может найти применение как для измерения вакуума в объектах с малым собственным объемом, так и в качестве манометров и высотомеров в промышленности и авиации.

Изобретение относится к средствам измерения давления, а именно к средствам измерения низкого вакуума. Вакуумметр содержит первый и второй плоские металлические электроды, параллельно установленные в изоляторах, внутренняя поверхность первого из которых покрыта металлическим слоем, содержащим радиоактивное вещество, и электрометр. Между электродами размещена диэлектрическая прокладка, выполненная с возможностью образования замкнутой камеры, а второй электрод снабжен отверстием, расположенным по оси, причем этот электрод и металлический слой, содержащий радиоактивное вещество, выполнены из металлов, имеющих различный химический состав, а именно второй электрод выполнен из металла, работа выхода электронов которого отличается от работы выхода электронов металлического слоя с радиоактивным веществом. Толщина диэлектрической прокладки выполнена меньшей длины пробега заряженных частиц радиоактивного вещества металлического слоя. Технический результат - создание простого по конструкции вакуумметра, обладающего малым объемом камеры и генераторным сигналом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вакуумметр, содержащий первый и второй плоские металлические электроды, параллельно установленные в изоляторах, внутренняя поверхность первого из которых покрыта металлическим слоем, содержащим радиоактивное вещество, и электрометр, отличающийся тем, что между электродами размещена диэлектрическая прокладка, выполненная с возможностью образования замкнутой камеры, а второй электрод снабжен отверстием, расположенным по оси, причем этот электрод и металлический слой, содержащий радиоактивное вещество, выполнены из металлов, имеющих различный химический состав. 2. Вакуумметр по п.1, отличающийся тем, что второй электрод выполнен из металла, работа выхода электронов которого отличается от работы выхода электронов металлического слоя с радиоактивным веществом. 3. Вакуумметр по п. 1, отличающийся тем, что толщина диэлектрической прокладки выполнена меньшей длины пробега заряженных частиц радиоактивного вещества металлического слоя.