Способ создания регулируемого микропотока газа и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01M3/02 

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса регулирования потока, изменение концентрации газа на приемной поверхности ячейки осуществляют за счет изменения расстояния от места истечения подаваемого газа до приемной поверхности ячейки.

3.Устройство для создания регулируемого микропотока газа, содержащее газонепроницаемый корпус, размещенную в нем твердотельную электрохимическую ячейку с ионной проводимостью, разделяющую корпус на две полости, источник газа, расположенный в одной из полостей со стороны приемной поверхности ячейки, и регулятор величины создаваемого потока газа, отличающееся тем, что ячейка выполнена с плоскопараллельными приемной и генерирующей поверхностями, источник газа выполнен в виде системы подачи газа и соединенного с ней капилляра размещенного в полости со стороны приемной поверхности ячейки с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном приемнбй поверхности, выходное отверстие капилляра обращено к этой поверхности, а регулятор величины потока газа выполнен в виде привода перемещения капилляра.

1. Способ создания регулируемого микропотока газа, заключающийся в том, что подают газ на приемную поверхность твердотельной электрохимической ячейки, обладающей ионной проводимостью по ионам подаваемого газа, отбирают газ с генерирующей поверхности ячейки и определяют величину его потока, а последнюю регулируют за счет изменения ионного тока через ячейку, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и надежности регулирования, изменение величины тока ионов осуществляют за счет изменения концентрации газа на приемной, поверхности ячейки, а определение величины создаваемого потока газа осуществляют по величине ионного тока через ячейку. С О

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к созданию калиброванного микропотока газа с помощью контрольных течей, и может быть использовано при контроле герметичности для оценки чувствительности и точности, а также градуировки течеискателей, для введения микродобавок газов в газовые смеси, используемые в качестве эталонов для поверки газоанализаторов или в качестве заполнителей, например, газоразрядных ламп.

Известен способ совдания микропотока газа с помощью оттянутых стеклянных капилляров и устройство для его осуществления, содержащее стеклянный корпус с оттянутым стеклянным капилляром 1.

Однако с помощью данных способа и устройства можно получать стабильные потоки не менее 10 л-торр/с, поскольку они подвержены облитерации (т.е. запиранию) вследствие поверхностных эффектов на границе стенка-газ и роста внутреннего трения в самом газе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ создания регулируемого микропотока газа, заключающийся в том, что подают газ на приемную поверхность твердотельной электрохимической ячейки, обладающей ионной проводимостью по ионам подаваемого газа, отбирают газ с генерируюилей поверхности ячейки и определяют величину его потока, а последнюю регулируют за счет изменения ионного тока через ячейку. При этом величину потока определяют путем измерения давления газа в вакуумной камере, а ионным током управляют путем изменения напряжения внещне приложенного электрического поля 2.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для создания регулируемого микропотока газа, содержащее газонепроницаемый корпус, размещенную в нем твердотельную электрохи.мическую ячейку с ионной проводимостью, разделяющую корпус на две полости, источник газа, расположенный в одной из полостей

Q со стороны приемной поверхности ячейки, и регулятор величины создаваемого потока газа. Ячейка выполнена цилиндрической. С внещней приемной поверхности ячейки размещен источник газа, выполненный в виде смеси порощков металлов с их окислами, которая при нагревании выделяет кислород, а с внутренней генерирующей поверхности отбирают поток кислорода. Регулятор величины создаваемого потока газа выполнен в виде источника регулируемого напряжения, подключенного к ячейке 2.

Недостатками известных способа и устройства являются низкие точность и надежность регулирования, обусловленные изменением концентрации проводящего газа на приемной поверхности, изменением

5 составляющей тока через ячейку от внешнего напряжения в результате истощения твердого электролита, а так))4е участием в токе примесных ионов электролита. Кроме того, измерение потока газа по величине давления имеет больщую постоянную времени, что снижает оперативность и, следовательно, надежность регулирования.

Цель изобретения - повыщение точности и надежности регулирования величины микропотока газа.

г Поставленная цель достигается тем, что согласно способу создания регулируемого микропотока газа, заключающемуся в том, что подают газ на приемную поверхность

твердотельной электрохимической ячейки, обладающей ионной проводимостью по ионам подаваемого газа, отбирают газ с генерирующей поверхности ячейки и определяют величину его потока, а последнюю регулируют за счет изменения ионного тока через ячейку, .изменение величины тока ионов осуществляют за счет изменения концентрации газа на приемной поверхности ячейки, а определение величины создаваемого потока газа осуществляют по величине ионного тока через ячейку.

Кроме того, с целью упрощения процесса регулирования потока изменение концентрации газа на приемной поверхности ячейки осуществляют за счет изменения расстояния от места истечения подаваемого газа до приемной поверхности ячейки.

В устройстве для создания регулируемого микропотока газа, содержащем газонепроницаемый корпус, размещенную в нем твердотельнувэ электрохимическую ячейку с ионной проводимостью, разделяющую корпус на две полости, источник газа, расположенный в одной из полостей со стороны приемной поверхности ячейки, и регулятор величины создаваемого газа, ячейка выполнена с плоскопараллельными приемной и генерирующей поверхностями, источник газа выполнен в виде системы подачи газа и соединенного, с ней капилляра, размещенного в полости со стороны приемной поверхности ячейки с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном приемной поверхности, выходное отверстие капилляра обращено к этой поверхности, а регулятор величины потока газа выполнен в виде привода перемещения капилляра.

Высокооперативное измерение потока газа по величине тока ячейки и регулирование потока за счет изменения концентрации газа на приемной поверхности ячейки обеспечивают высокую точность и надежность регулирования микропотока газа.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство для создания регулируемого микропотока газа содержит газонепроницаемый корпус 1 с отверстиями 2 и 3 соответственно для отбора создаваемого потока газа и отработанного проводимого газа. Твердотельная электрохимическая ячейка 4 с приемной 5 и генерирующей б поверхностями встроена в корпус 1 и разделяет его на две несообщающиеся между собой полости. В полости со стороны приемной поверхности 5 ячейки 4 установлен капилляр 7, соединенный с выходным щтуцером редуктора 8 системы подачи газа, выполненным в виде микробаллона 9, и связанный с приводом 10 возвратно-поступательного перемещения. Обе полости корпуса 1 имеют узлы 11 и 12 ввода технологического газа от баллона 13 через редуктор 14 и вентили 15 и 16 для переноса собираемого газа и для его вывода.

Приемная 5 и генерирующая 6 поверхности ячейки 4, выполненные из пористого катализатора, например порощкообразной платины, подключены к измерителю 17 микропотока газа.

Система регулирования величины микропотока газа включает задатчик 18, преоб0 разователь 19 величины потока в управляющий сигнал, привод 10 и прерыватель 20.

Способ создания регулируемого микропотока газа осуществляется следующим образом.

Пример 1. Создание микропотока водорода.

Корпус 1 с твердотельной электрохимической ячейкой 4 с протонной проводимостью, имеющей состав: электролит H5PW,2-30H2O; электрод Pt, располагают 0 вертикально, чтобы капилляр 7 находился под приемной поверхностью 5. После продувки приемной полости корпуса 1 азотом с потоком 100 л-торр/с подают на приемную поверхность 5 поток водорода 10 л-торр/с из микробаллона 9 через редуктор 8 и капилляр 7.

Капилляр 7 перемещают микрометрической подачей. Ток ячейки измеряют прибором типа ИМТ 4 с нижним пределом измерения 10 А. При расстоянии поверхности 5 от выходного отверстия капилляра 7, равном 1 мм, ток ячейки 0,7 мкА, а измеренная с помощью течеискателя ПТИ 10 величина создаваемого потока водорода 10 л-торр/с. При расстоянии 3мм ток уменьщается до 4-10 А, а показания ПТИ 10-до 10 л торр/с.

Колебания величин измеряемого тока ячейки не превыщают Ю.

Пример 2. Создание микропотока водорода.

0В отличие от примера 1 процесс ведут

с использованием прерывателя 20 тока в цепи ячейки. При расстоянии выходного отверстия капилляра 7 от поверхности 5, равном 1 мм, цепь прерывают на время Юме с частотой 10 Гц. При этом величина создаваемого потока уменьшается до 10 л торр/с.

Пример 3. Генерирование микропотока и кислорода.

Корпус 1 с ячейкой 4 с кислородной проводимостью на основе окиси циркония и окиси кальция (85% ZrOg -t-lSVo СаО) с платиновыми электродами подключают со стороны отверстий 3 к вакуумному насосу, а со стороны отверстия 2 - к вакуумной системе течеискателя ПТИ-10, настроенного на кислород. 5 Подогревают корпус 1 до 400°С.

Капилляр 7 с пропускной способностью 10 л торр/с при перепаде давления 1 атм соединяют с атмосферой.

При расстоянии 1 мм от капилляра 7 до приемной поверхности 5 ток через ячейку 2-10 А, а создаваемый поток кислорода ЗЮ л-торр/с (показания течеискателя). С увеличением расстояния до 4 мм величина потока уменьшается до 5- 10 л-торр/с, а при расстоянии 5 мм показания течеискателя не отличаются от фонового сигнала.

С помощью задатчика 18 задают величину нужного потока газа и система управления посредством измерителя 17, преобразователя 19 и привода 10 обеспечивает оперативное регулирование величиной потока.

К исходному газу не предъявляются требования по чистоте, так как генерируе-мый ячейкой газ всегда является химически чистым. В качестве технологического используется газ, не содержащий в себе генерируемого газа (например, азот).

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность и надежность регулирования микропотоков в щироком диапазоне до 10 л-торр/с. Расширение диапазона генерируемых микропотоков химически -чистых газов в сторону уменьшения создает условия для разработки методов и аппаратуры метрологической оценки индикаторных материалов и приборов для контроля герметичности, методов внесения микродобавок газа в замкнутые объемы и т. п.