.Задача создания прибора д.тя непрерывного и безынерционного измерения дав.к-ния нрактичееки cHie не решена.
Из современных вакууметр1)в .и-инь альфсггрон н газоразрядньп вакуумметр об.чадаюг непрерывностью н ирактнческой безынерцнонностью действия. Однако ни тот, ни друго-н не нашли и, видимо, не с.могут найти н;нро1 ого нрименения в иромьш ленности и науке. Объясняется это. дороговизной альфатрона. необ.чодимостью иметь весьма чувствительную схему для измерения ма.тых токов и необходи.мостыо защиты .люден от вредного действия излучения радиоактивного нрепарата. Широкому распространению Iaзоразрядных вакуумметров препягствует в основном зависимость показаний этих вакуумметров от рода газа н, следовательно, от процентного содержания паров масла, ртути, воды (обычных спутников вакуумных установок), неустойчивост :, показаний и необходимость испо-льзовагь относительно высокие напряжения.
Приборами, непосредственно измеряющими давление, являются манометры, особенно мембранные. Однако мембранному манометру присуши ряд недостатков: невозможность
|1о.1учигь достаточную чувствительиссгь во всем необходимом диапазоне давлений, невозможность подоб11агь мембрану, обладаюш ую доcTaTO4Hoii чувств1;тс.1ьностью в необходимом диапазоне так, чтобы деформации ее не бы,1и неупругнми и невозможность подобрать идентичные мембраны, т. е. мембраны с идентичными упр 1ими свойствами.
Таким образом, ти недостатки получаются потому, что в мембранном манометре величиноГ), определяющей давление, про-ис.чодит дефор.1ация мембраны.
В пред.тагасмом устройстве для измерения давления мембрана манометра практически не деформнр егся ввиду гого. чю распреде.ленная сила 1азового дав.;1ен1 Я компенсируется како1 |-то другой распрсде.тениой си.той, замерить которую не представляет труда. На фпг. 1 показана принципиальная схема устройства, на фиг. 2 и 3 -- электронная схема.
Между соедините.льными ф.чанцами разъемного очень короткого латунного цилиндра А зажата тонкая большого диаметра мембрана Б из ферромагнитного материала. Она подвергается действию двух равноме мк) распреде.Тенных сил; силы
(f0.f1l,. ..
газового давления и ракнш си, нч
обратной по напргПзлан1и|вЯ Лы магнит1 ОГ() происхожл цая. ИБтоматическая Ko.virieiicaurra неизвестной силы газ()-и)го Дс В41ен1 силой, могуJHefi быть зал5ерсиной-с болыной стеncHijK) точноели, осущсств.тяется специальными с.лсдящнм и исиолнительным устройствами. При достаточной 13П5ств гте.тьностгг с.ледянямо и Jicnojiиитсльного ycTpoiicTB иеремсщения мембраи л cTOJtb малы, что дефорMfiiUic-ii мембраны, трудно иодда1(;Иле;11:я Tcopeii-iccixOMv jiac-iCTv ii нредонредс,тяюи1ей диапазон измеряе; ых дав.теннй т; (юьишых до(|)о манно ИгЛл ма ометрал, можно нреиебр-сч1 ; 7ТО де.тает нредлагас мый м в If ом стр весьм а ч увсггв i ITC.T ьным, абсо.нотиым, и ирокол,ианазо1нп- М ир.бором. Снизу нод мсмбраной. как можио бл11Же от иос.1ед|1ей, укрен,ТСН НепОДВИЖ1-НзН | диск Ь, 5И5ЛЯЮщийся одной из H.iacTiHi конденсатора датчика. Другой н.частниой .тяется сама мембрана. Г1од диском расиоложеи электромапигг с сердечHiH oM Д из матер ала, имеющс.) ностоянные во вр(-леии .магнит1 ые X а р а ктс) i SCTM к и. О бм oi к а ул ектромяпгита Г секционирова.ча, что устраняет необ.кодимость для получення очень слабых магнитных иолей с)перировать с ма,лыми токами. По.Юсти код и иад мембраной ири помощи вакуумных уплотнений Е соединяются одна с исследуе.м.ым реиипиенто.м, другая - с всасыва юндим иатрубком днс1)фузионного насоса. Наеое обеспечивает в гго.тостн над мембраной постоянное малое ()- - И) мм рт. ст.) давление . Верхняя полость манометра не обязательно должг{а находиться под непрерьизной откачкой. При использовании епециальных г.акуумных материалов и принятии все.х |еобходимых мер, обеспечивающих высокую вакуумную герметичноеть, ерх1иою полоеть пос,те иредиарнте.тьного обезгажнвания .if -откачки можио отиаять.
При на.лнчии иекоторОГо перепада давлений над) (мембраиа несколько прогибается, возннкаюци е при этом изменепия емкости воспринимаются следящей электронной схемой и преобразуются в изменения выходного напряжения. Управляемая выходным напряжением следящей схемы электронная исполинтельпая схема изменяет ток через катуннчу так, что иондеро.моторные силы .магннтно -о ноля компенсируют снлы газово1-о давления, вызвавнлпе изменение прогиба .мембраь ы. Очевидно, мембрана вернется i; еч5ое прежнее поло/кеине лишь с огннбкой следящей системы, однако о нпбка эта при достаточной чувст -1Итсль :ости следящсй системы мо/кет быть сделана иасто.лько малой, что в результате ирактически будет .ппп, изменеиие газово.го давлеиия li то.ча ij обмотке .магнита. При этом нзмсряе.мое давле-ние оказывается г|роиор1и-1опальным числу а.мпервитков .магнита. Равномер)К)сть распределения пондеро.моторных сил но новерхноети мембраны при ее деформа 1ня.х вполне обеспечнвает спеинальпая форма торцевой поверхности сердечн и а и .ма.лые ирогнбы мембраны за счет высокой чувствительности электроииых схем. Таким образом, инерциощюсть устройства определяется иперцнонностью мембраны и (Инерционностью установления тока в обмотке магнита. Опыты с осуществленной моделью устройства показали, что практически устройство, построенное по предлагаемом}- принципу, безынерционно.
Радиотехническая часть устройст1 а состоит из трех основных блоков: блока датчика /, блока усилнт(-1я // и исполнительного блока . Л ембрана является одной из H.iacTHii ко1{денсатора емкостного датчика н задача заключается в из.мерении возникающих ири изменеггни дав.-;ення малых нзг.инений е.мкости. .Л.ля из.мерения весьма H3MeHefn-i i емкости был нспо.т| зоваи не описанный в литературе .(тод измерения малых нзмененм емкости по нзмепенню с:мкостног(; сОПрот и;лечи;: ири помощи дифферсчпщальиого усилителя. .Метод заключаетея в следуюи ем; иа выходах дифференциалb i(xro усилителя находятся эталонная peryjyiруемая емкость Сэ и емкость манометра Сд. На оба входа подается напряжение от одного генератора фиксированной частоты. Прн изменения емкости манометра напряжение на соответствующем входе дгк ференциального усилителя изменяется по амплитуде в фазе (при м;;лых изменениях емкости сдвиг фазы не оказывает еуи,ествен1юго влияния). В результате изменения емкости на входе днфферег1циально1 уеилп-те.пя создается усиленрюе измеJieiiiie одного из входных напряжений, которое подается иа поеледук ндий усплите.ть. Таким обр/азом, датч1н и усн.лпте.ль являются следующим ycTpoiicTBOM. Напряжение на выходе усилителя используется для управле1:;1Я исполнительной схемой, регулирующей величину тока через с .книи опмотки э.тектромлгнита.
Блок датчика / сс)ст()ит из ДВУХ катодных иовторителс, на входах котор.ых находятся эталонная и иecлeдye raя емкости. На входы катодных повторителей подается переменное напряжение Ь н сированiiofi частоты от одного генератора. Отрицательные иолуволиы переменного напряжения обрезаются диодал и, стоящим:г на вьлходах катодных повторителей. Таким образом, на выходах датчика по.лучаются два импульсных папряжетиш. одно из которьгх постоянно но амплнтуде, а амплитуда и фаза другого являются функцией емкости манометра. Блок .гoжeт быть пространственнг) удалей от блока усилите.ля соединен с последним нрн )
ЭКр П ИрО15.-Н1НЬТХСОГЛасО 5,;;1-1ЫХ
нг.лаигов.
Б.ток усилителя // состоит из дифс)ереициально ю усилителя и следующего за ним трехкана.тьного уеилите.ля.
На входы диффереиниального уси.лнтеля подаются напряжения с б.лока датчика, дифферег.ннальиь П усилите,ль выделяет и усиливает изменение одиого из напряжений, которое подается на вход первого канала усплителя. Каждый из ка;галов представляет собой обычны; : апериодпческий усилитель. коэффиниенл усиления канала возрастает с его номером. На выходе каналов предусмотрены импульсные детекторы, преобразующие импульсное напряжение в постоянное, кроме то-го.
-се тр:1 ,;iia работают на нагрузку илгпул.ьсного напряжепип, на которой они летектируются об1НИМ выходным яетектОрол. Таким образом, имеется возлюжност изл{ереппя напряжения на выходах отде.льных каналов и измере1п;я суммарного напряжения на обн1см иыходе. Постоянное напряжение па выходах первого и второго каиа.лог. непользуется для Д1чкрил инйцн: входных напряженн на входах второго н третьего кана.лов. Потенциометры П. П-2 позволяют регулиропать момент открытия второго н третьего кана.лов.
Сллма рабс)тает с.ледующим образом. При нарастании напряжения напряжен1 е с выхода дифференциального уси.лителя через катодиви ; п л5торнте,ль Л подается на вход перр.ого канта .7;.., прпчем выходное постоянне;е е:о ианряже1ик прп по.мощи кптодмог(5 повторителя Лц и диода. Л:;;, запирает вход второго канала: потепц1юд;етр П поставлен г такое положение, что в это время третий канал заперт начальным смепденпем на катодном повторителе Лу. Второй канал остается запертым до тех пор, пока уеилптельный каскад первого каиала Ль пе заходит в насыщение. В это время вги1Д того, что катодный повторитель Лрассчилчш так, чтобы коэффнцпекг уси.тепия его оставался постоянным на всем рабочем диапазоне напряжений, напряжение на его выходе продолжает нарастать. В результате 1-торой капал открывается и автоматпчееки зап-фастся третп каиа.л при шмощи катодного повторителя ,7:)о н диода Ль,. Совершенно аь:алогично откоывается третий канал, когда усилительиый каскад второго капала заходит Б nacbinj.enne. Таким обраMWi. в це. схема позволяет измерят;.- весьма малые пепрерьшпые гз eиeиIя емкостп прп значительной абсо.лютно величпне ее. причем чувс..льность возрастет с уве.лнчением емкости. Использованпс трех отде.льн.ых вО.льтметров дае 5Озмо поеть измерения ма.лых пзмеиени11 eNixocTH с весьма большо ; етененьк точиости -.Ю -10 r.i/t. Возможность задаипя величин напряжения (емкости), при которых открываются каналы, дает возможность измерения с очень большой стеиенью точности весьма малых изменений емкости в сравнительно большом диапазоне абсолютных ее значений.
Назначением иснолиительного fviOKi /// является регулирование тока в обмотках, катушки члектро.Mai-нита. Исполнительный блок состоит из ряда секций по числу секций обмотки электромагнитл. Управляющим напряжением для каждой секции исполнительиого блока является постоянное напряжение на выходе одного из каналор, дифференииа.льного усил ите.п s;.
Предмет и з о б р е т е н и я
Устройство для измерений давлений, в котором мерой давлен 1я служит величряга тока, протекающего в обмотке электромагнита, возвращающего .ме.мбраму в нулевое положение, о т л и чающееся , что, с целью повынкчп я чувствительности и точности измг-рснги, применена управляющая токо.м электромапчгта электронная следящая система, входным сигналом для которой служит изменение емкости мембраны относ1/те„1ьно неподв)жного адектрода в резу„1ЬТйте действия сил газового давления.
Фиг. 1.
Диффдл/онньи насос
CSl
f lj(j о
Cmafluлuзupo6я нaя
