Устройство для измерения скорости газового потока Советский патент 1987 года по МПК G01P5/18 G01F1/64 

1128201

Изобретение относится к технике змерения скорости газовых потоков может быть использовано,.например, составе информационно-измерительых систем контроля технологических 5 операций диффузии и эпитаксии при производстве изделий электронной техники .

Целью изобретения является повы- ю шение разрешающей способности за счет повышения точности определения фазового сдвига при различных уровнях концентрации заряженных частиц.

На фиг.1 приведена структурная f5 схема предлагаемого устройства для измерения скорости газового потока, на фиг. 2 - временные диаграммы напря- лсенпй на электродах зарядной камеры (а), напряжения на выходе усилителя 20 (б) и напряжения на конденсаторах (в).

Устройство для измерения скорости г азового потока (фиг.1) содержит 25 установленные по потоку в цилиндрическом газоходе 1 зарядную камеру 2 типа игла-цилиндр и измерительную камеру 3 индукционного типа. Цилиндр 4 зарядной камеры 2 подключен к вы- ЗО ход у импульсного источника 5 питания, а второй электрод-игла 6 - заземлен. Измерительная камера 3 подключена к входу ycиJпr.гeля 7, выход которого соединен с первым выходом зг аттенюатора Вис блоком 9 измерения фазового сдвига, состоящим из резистора 10, подключенного к общей точке соединения обкладок конденсаторов 11-13, и ключей 14-165 комму- 0 тирующих вторые обкладки конденсаторов 11-13 к общему проводу устройства. Второй выход аттенюатора 8 соединен с входом усилителя 7, Общая точка соединения обкладок кон- 45 денсаторов 11-13 соединена с сигнальным входом индикатора 17 и входом детек 1 ора 18, выход которого подключен к управляющему входу аттенюатора 8, Генератор 19 импульсов подклю- 50 чен к входу кольцевого сдвигового регистра 20, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 14-16, Один из управляющих входов ключей соединен с входом импульсно- 5 го источника 5 питания и входом синхронизации индикатора 17,

Устройство работает следующим образом.

32

Измеряемый газовьй поток пропускается через газоход 1, В зарядной камере 2 во время импульса коронного разряда образуется поток униполярных ионов, приобретающих заряд, величина которого зависит от параметров потока ионов. Поскольку питание на зарядную камеру 2 подается импульсно (фиг,2а), то образуются пачки ионов, чередующиеся с пачками незаряженных частиц, и после зарядной камеры 2 образуется периодическая последовательность пачек ионов. Каждая пачка ионов наводит на измерительной камере 3 заряд,величина которого пропорциональна заряду пачки и скорости газового потока. На выходе усилителя 7 наведенный заряд преобразуется в напряже-г ние с частотой следования пачек и, соответственно, с частотой зажигания коронного разряда. Усиленная по амплитуде первая гармоника напряжения (фиг.2б) совместно с шумовой составляющей с выхода усилителя 7 поступает на блок 9 измерения фазового сдвига, где она через резистор 10 поступает на общую точку соединения обкладок конденсаторов 11-13, Вторые обкладки конденсаторов 11-13 периодически синхронно с частотой импульсов, запускающих источник 5 питания, замыкаются ключами 14-16 на общий привод устройства. Постоянная времени заряда конденсаторов 11-13 задается сопротивлением резистора 10, Значение постоянной времени определяет время установления полезного сигнала. Величина заряда каждого из конденсаторов определяется амплитудой полезного сигнала, постоянной интегрирования и фазовым сдвигом относительно импульсов, запускающих импульсный источник питания. Следовательно, амплитуда напряжения, до которой заряжается каждьй конденсатор, зависит от времени переноса заряженных частиц от камеры коронного разряда до измерительной камеры,т,е. от скорости газового потока. Учитывая, что частота и фаза шумовой составляющей сигнала носят случайный характер, при большом времени интегрирования выделяется только синхронная составляющая полезного сигнала. Этим достигается повьше- ние точности определения фазового сдвига, а следовательно, повышение

312

разрешающей способности устройства.

Сигнал с конденсаторов 11-13 поступает на вход детектора 18, на вы- ходе которого образуется напряжение постоянного тока, управляющее аттенюатором 8, предназначенным для изменения коэффициента усиления усилителя 7 в случае измерения скорости газовых потоков различной запыленности, когда величина заряда частиц значительно возрастает. Импульсы с одного из выходов кольцевого сдвигового регистра 20 поступают на вход импульсного источника 5 питания. Одновременно с поступлением импульса на выходе источника 5 питания появляется напряжение, превышающее порог зажигания коронного разряда в заряд- ной камере 2, и начинает формироваться пачка заряженных частиц. Таким образом, пачка заряженных частиц всегда начинает формироваться одновременно с подачей управляющего напря- жения на один из ключей (16 на фиг.1) Одновременно.с размыканием этого ключа прекращается формирование пачки заряженных частиц. В процессе продвижения по газоходу 1 от заряд- ной камеры 2 до измерительной камеры 3 пачек заряженных частиц образуется временной сдвиг между наведением сигнала на выходе усилителя .7 и началом формирования пачки заряжен- ных частиц в зарядной камере 2. Этот временной сдвиг зависит от скорости газового потока, следовательно, каждый из конденсаторов 11-13 включается при определенном значении фазы полезного сигнала на выходе усили34

теля 7. На индикаторе 17, в качестве которого может быть использован осциллограф, наблюдается осциллограмма, представленная на фиг.2в.

Формула изобретени

Устройство для измерения скорости газового потока, содержащее установленные последовательно по потоку камеру коронного разряда, подключенную к выходу импульсного источника питания, и измерительную камеру, подключенную к последовательно соединенным усилителю и блоку измерения фазового сдвига с индикатором, а также задающий генератор, отличающееся тем, что, целью повышения разрешающей способности, в него введен: управляемый аттенюатор, детектор, кольцевой сдБиговьй регистр, а блок измерения фазового сдвига выполнен в виде группы нечетного числа конденсаторов, подключенных одной обкладкой к общей точке, соединенной с сигнальным входом индикатора, а другими обкладками через ключи, число которых равно числу конденсаторов, - к общему проводу устрогства, причем выход детектора подключен к входу управляемого аттенюатора, выходы которого соединены с инвертирующим входом и выходом усилителя, генератор подключен к входу сдвигового регистра, выходы которого соединены с управляющими входами ключей, а один из управляющих вхоДов ключей соединен с входом импульсного источника питания и входом синхронизации индикатора.

Время

Изобретение относ ится к технике измерения и позволяет повысить разрешающую способность за счет повышения точности определения фазового сдвига при различных уровнях концен- трации заряженных частиц. Пачка заряженных частиц начинает формироваться одновременно с подачей управляющего напряжения на один из ключей 14-16. Б процесс движения по газоходу 1 от зарядной камеры 2 до измерительной камеры 3 пачек заряженных импульсов образуется временной сдвиг между наведением сигнала на выходе . усилителя 7 и началом формирования пачки частиц в зарядной пачке 2. Сдвиг за зисит от скорости газового потока и каждьм из конденсаторов 11-13 включается при определенном значении фазы полезного сигнала на выходе усилителя 7. 2 ил. о ( W Ax2 ./ ю 00 fpuz.l

6 / UL

Редактор И.Николайчук

Составитель Ю.Мручко

Техред Л.Сердюкова , Корректор С. Черни

Заказ 7259/42Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4