Течеискатель Советский патент 1988 года по МПК G01M3/02 

W

ФигЛ

25

Изобретение относится к испытательной технике, а именно течеискательным средст- BaiM контроля герметичности с использованием пробного газа.

Цель изобретения - повышение точности с и надежности путем регулирования давления в вакуумной системе течеискателя и поддержания его постоянным.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема течеискателя; на фиг. 2 - графики изменения сигнала.Ю

Течеискатель содержит масс-спектромет- рическую камеру 1, с которой соединены клапан 2 «Откачка камеры, вакуумный датчик 3, охлаждаемая азотная ловушка 4 и входной клапан 5. С охлаждаемой азотной ловушкой 4 последовательно соединены клапан 6 «Дросселирование откачки, высоковакуумный паромасляный насос 7, клапан 8 «Откачка высоковакуумного насоса и фор- вакуумный пластинчато-роторный насос 9. С вакуумным датчиком 3 последовательно 20 соединены блок 10 измерения давления, блок 11 управления и блок 12 питания камеры и вакуумных клапанов. Масс-спектро- метрическая камера 1 соединена с блоком 13 измерения ионного тока, который подсоеди- пен к блоку 11 управления. К блоку 10 измерения давления подсоеди- нен свои.м входом блок 14 автоматического регулирования давления, который своим первым выходом соединен с входным клапаном 5, а вторым выходом - с клананом 6 -, «Дросселирование откачки.

Блок 14 автоматического регулирования выполнен в виде последовательно соединенных генератора 15 пилообразного напряжения, первого резистора 16, широтно-импульс- 35 ного модулятора 17 прямого канала, резистора 18 RC-u.enii 19 и первого усилителя 20. Вход модулятора 17 является входом блока 14 автоматического регулирования давления, а выход первого усилителя 20 -

первым выходом блока 14 автоматического 40

регулирования давления.

В блок 14 автоматического регулирования давления также входят последовательно соединенные источник 21 регулируемого опорного напряжения, широтно-импульсный . модулятор 22 опорного сигнала, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, интегрирующая / С-цепочка 24 и элемент ИЛИ 25. К выходу элемента ИЛИ 25 С-входом под соединен триггер 26 выделения знака разности, D-вход триггера 26 соединен с выхо- CQ дом широтно-импульсного модулятора 17 прямого канала. Г-выход триггера 26 через конденсатор 27 / С-цепи 19 соединен с входом первого усилителя 20.

Инвертир.уюший выход триггера 26 выделения знака разности соединен с первым 55 входом первого элемента 2И-НЕ 28, второй вход которого подсоединен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23. К второму

5

с

0 ,

35

40

. CQ

55

входу элемента 2И-НЕ 28 также подсоединен своим первым входом элемент 2И 29, второй вход которого через конденсатор 27 соединен с входом первого усилителя 20. К выходу первого элемента 2И-НЕ 28 через второй резистор 30 подсоединен базой первый регулирующий транзистор 31, а к выходу элемента 2И 29 через третий резистор 32 подсоединен базой второй регулирующий транзистор 33. Эмиттеры первого и второго регулирующих транзисторов 31 и 33 соединены с источником питания (не показан), коллектор первого регулирующего транзистора 31 через четвертый резистор 34, а коллектор второго регулирующего транзистора 33 непосредственно соединены с инвертирующим входом широтно-импульсного модулятора 17 прямого канала. Инвертирую- пшй вход последнего и инвертирующий вход модулятора 22 опорного сигнала соединены с переключателем 35 режима работы с индикатором 36. К выходу элемента 2И 29 и входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 первым и вторым входами соответственно подсоединен блок 37 формирования управления сигнала клапана 6 «Дросселирование откачки, к выходу блока 37 подсоединен второй усилитель 38, выход которого является вторым выходом блока 14 автоматического регулирования. Выход второго усилителя 38 соединен с клапаном 6 «Дросселирование откачки.

Блок 37 формирования выполнен в виде подключенных к источнику питания (не показан) последовательно соединенных двух параллельных цепей, первая из которых включает диод 39 и резистор 40, а вторая - первый и второй элементы НЕ 41 и 42 и конденсатор 43. К выходу второй параллельной цепи подсоединен второй и третий элементы 2И-НЕ 44 и 45 и инвертор 46. Второй выход третьего элемента 2И-НЕ 45 является первым входом блока 37 формирования, выход инвертора 46 является вторым входом блока 37 формирования управляющего сигнала, а первый выход второго элемента 2И-НЕ 44 - выходом блока 37 формирования управляющего сигнала. Выход первого элемента 2И-НЕ 28 блока 14 автоматического регулирования через второй конденсатор 47 соединен с выходом первой параллельной цепи.

К первому входу элемента 2И 29 и второ- .му входу первого элемента 2И-НЕ 28 подсоединен блок 48 сигнализации (световой или звуковой).

Течеискатель работает следующим образом.

При включении течеискателя, к входному фланцу которого присоединен испытуемый на течь объект или щуп, оператор переводит переключатель 35 режима в положение «Установка давления и по показаниям стрелочного индикатора 36 устанавливает требуемое значение давления в вакуумной системе путем изменения величины опорного напряжения источника 21, после чего возвращает переключатель 35 в положение «Работа. Установленное опорное напряжение посту- пает на инвертирующий вход щиротно-им- пульсного модулятора 22 опорного сигнала, на неинвертирующий вход которого поступает пилообразное напряжение (фиг. 2а) с выхода генератора 15. На выходе модулятора 22 появляются опорные импульсы (фиг. 20), скважность которых не изменяется и зависит только от величины опорного напряжения.

На инвертирующий вход модулятора 17 прямого канала поступает напряжение с вы- хода блока 10 измерения давления. Величина этого напряжения изменяется обратно пропорционально изменению вакуума в вакуумной системе течеискателя, т. е. при ухудшении вакуума уровень напряжения увеличивается, и наоборот. На выходе модуля- тора 17 образуется ШИМ-сигнал (фиг. 26), который через первый усилитель 20 поступает на электромагнит входного клапана 5. В результате изменения скважности этих импульсов щток клапана 5 втягивается в электромагнит и изменяет проходное сечение входного клапана 5, изменяя тем самым приток воздуха в вакуумную систему. С выходов модуляторов 17 и 22 импульсы поступают на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, на выходе которого (фиг. 2г) вы- деляется сигнал разности скважности этих импульсов. Импульсы разности через С- цепочку 24 и элемент ИЛИ 25 поступают на С-вход триггера 26, а импульсы с выхода модулятора 17 - на О-вход триггера 26. На его неинвертирующем выходе - уровень «О, если длительность импульсов прямого канала меньше длительности опорных импульсов (т. е. давление в вакуумной системе выше требуемого), или уровень «1 при давлении в вакуумной системе ниже требуемого (фиг. 2д). Сигналы разности длительностей и знака разности поступают на входы элементов 28 и 29. На выходе элемента 2И- НЕ 28 появляются нулевые импульсы, длительность которых равна длительности импульсов разности (фиг. 2е) при повышенном давлении в вакуумной системе. При пониженном давлении импульсы разности появляются на выходе элемента 2И 29 (фиг. 2ж). Эти импульсы открывают транзисторы 31 и 33 в результате чего на выходе модулятора 17 появляются дополнительные импуль- сы (врезки), которые воздействуют на входной клапан 5 и изменяют его проходное сечение для компенсации изменения давления. / С-цепочка 19 убирает дополнительные импульсы (врезки) при повышенном давлении в системе или добавляют их при пони- женном давлении (фиг. 2з), производя тем самым подрегулировку проходного сечения входного клапана 5.

Блок 48 световой или звуковой сигнализации сигнализирует о наличии неустановившегося режима в вакуумной системе. Яркость свечения светодиода (или частота звуковой сигнализации) пропорциональна абсолютному значению разности опорного сигнала и сигнала давления в вакуумной системе.

Импульсы с выхода щиротно-импульсно- го модулятора 22 опорного сигнала через инвертор и элементы 45 и 44 поступают на вход второго усилителя 38, с выхода которого - на электромагнит клапана 6 «Дросселирование откачки. Изменение скважности этих импульсов приводит к пропорциональному изменению проходного сечения клапана 6.

Импульсы-врезки с выхода элемента 2И 29 поступают на второй вход элемента 2И- НЕ 45 блока 37, где складываются с опорными импульсами (фиг. 2и), в результате чего проходное сечение клапана 6 умень- щается (при пониженном давлении в вакуумной системе), а импульсы-врезки с выхода элемента 2И-НЕ 28 через конденсатор 47 поступают на вход двух параллельных цепей, выполненных на элементах 39-43, где восстанавливаются, и поступают на второй вход элемента 2И-НЕ 44, складываются с опорными импульсами, в результате чего последние расширяются, а это приводит к увеличеию проходного сечения клапана 6 «Дросселирование откачки (повышенное давление в вакуумной системе). Таким образом, при всяком изменении в вакуумной системе течеискателя относительно заранее установленного его значения блок 14 вырабатывает сигнал ощибки (разностный сигнал значения давлений), посредством которого осуществляется компенсация этого изменения давления путем соответствующего уменьшения проходного сечения входного клапана 5 и увеличения проходного сечения клапана 6 «Дросселирование откачки при по- выщенном давлении в вакуумной системе течеискателя и, наоборот, при пониженном давлении - путем увеличения проходного сечения входного клапана 5 и уменьшения проходного сечения клапана 6 «Дросселирование откачки, т. е. блок 14 автоматического регулирования позволяет поддерживать постоянным любое заранее установленное значение давления в вакуумной системе, величину которого можно легко изменять в широких пределах путем изменения опорного напряжения.

Максимальное напряжение на выходе блока 10 измерения давления и максимальный уррвень напряжения пилообразной формы на выходе генератора 15 связаны соотношением В,,,,.,. «акс.бвид. «акс.-SH, в котором В„ определяет требуемый размер зоны нечувствительности устройства при повышенном давлении в вакуумной системе, а диапазон автоматической регулировки

(фиг. 2а) определяется отношением Впил, макс./

/ бид. макс.В случаях, когда требуется ограничение максимального проходного сечения входного клапана 5 (ограничение ШИМ-сигнала при пониженном давлении в вакуумной системе), базу регулирующего транзистора 33 через резистор 32 соединяют с неинвертирующим выходом триггера 26. Тогда максимальная длительность импульсов ШИМ-сигнала равна длительности импульса опорного сигнала.

Блок 14 автоматического регулирования может быть реализован на микросхемах средней степени интеграции, например К155 - логическая часть, К140 - ШИМ- модуляторы и усилители. Источник 21 регу- лируемого опорного напряжения может быть выполнен в виде переменного резистора, средний вывод которого является выходом источника.

Формула изобретения

1. Течеискатель, содержащий масс-спект- рометрическую камеру и соединенные с ней клапан «Откачка камеры, вакуумный датчик, охлаждаемую ловушку, входной клапан, последовательно соединенные с охлаждаемой ловушкой клапан «Дросселирование откачки, высоковакуумный насос, клапан «Откачка высоковакуумного насоса и фор- вакуумный насос, последовательно подсоединенные к вакуумному датчику блок изме- рения давления, блок управления и блок питания камеры и вакуумных клапанов и соединенный с масс-спектрометрической камерой и блоком управления блок измерения ионного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, он снабжен блоком автоматического регулирования давления, соединенным входом с блоком измерения давления, первым выходом - с входным клапаном, а вторым выходом - с клапаном «Дросселирование

откачки и выполненным в виде последовательно соединенных генератора пилообразного напряжения, первого резистора, широтно-импульсного модулятора прямого канала, вход которого является входом блока автоматического регулирования давления резистора / С-цепи и первого усилителя, последовательно соединенных источника регулируемого опорного напряжения, широтно-импульсного модулятора опорного сигнала, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, интегрирующей С-цепочки, элемента ИЛИ и соединенного с ним С-входом триггера выделения знака разности, D-вход которого соединен с выходом широтно-импульсного

5

с

0

о 5

0

,c 50

модулятора прямого канала, первого элемента 2И-НЕ, соединенного первым входом с инвертирующим выходом триггера выделения знака разности, а вторым входом - с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемента 2И, соединенного первым входом с вторым входом элемента 2И-НЕ, вторым входом - с инвертирующим Г-выходом триггера выделения знака разности непосредственно и через конденсатор / С-цепи - с выходом первого усилителя, выход которого является первым выходом блока автоматического регулирования давления, блока формирования управляющего сигнала, соединенного с выходом элемента 2И первым входом, а выходом через второй усилитель - с клапаном «Дросселирование откачки, первого регулирующего транзистора, соединенного базой с выходом первого элемента 2И-НЕ через второй резистор источника питания, соединенного с эмиттером первого регулирующего транзистора, второго регулирующего транзистора, соединенного базой через третий резистор с выходом элемента 2И и первым входом блока формирования управляющего сигнала, а эмиттером - с источником питания, коллектор первого регулирующего транзистора через четвертый резистор, а коллектор второго регулирующего транзистора непосредственно соединены с инвертирующим входом широтно- импульсного модулятора прямого канала, переключателя режима работы с индикатором, соединенного с инвертирующим входом широтно-импульсного модулятора прямого канала и с инвертирующим входом модулятора опорного сигнала, и блока сигнализации соединенного с первым входом элемента 2И и с вторым входом первого элемента 2И-НЕ. 2. Течеискатель по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования управляющего сигнала выполнен в виде подключенных к источнику питания последовательно соединенных двух параллельных цепей, первая из которых включает диод и резистор, а вторая - первый и второй элементы НЕ и конденсатор, и последовательно соединенных с выходом второй параллельной цепи второго и третьего элементов 2И-НЕ и инвертора, выход инвертора является вторым входом блока формирования управляющего сигнала второй выход третьего элемента 2И-НЕ является первым входом блока формирования, первый выход второго элемента 2И-НЕ является выходом блока формирования, а выход первого элемента 2И-НЕ блока автоматического регулирования через второй конденсатор соединен с выходом первой параллельной цепи.

и

ЦЬак. датч.

а

Изобретение относится к течеискатель- ным средствам контроля герметичности с использованием пробного газа. Течеискатель содержит масс-спектрометрическую камеру 1, с которой соединены клапан 2 «Откачка камеры, вакуумный датчик 3, охлаждаемая ловушка 4, входной клапан 5. С охлаждаемой ловушкой последовательно соединен клапан 6 «Дросселирование откачки, высоковакуумный насос 7, клапан 8 «Откачка высоковакуумного насоса и форвакуумный насос 9. С вакуумны.м датчиком последовательно соединены блок 10 измерения давления, блок 11 управления и блок 12 питания камеры и вакуумных клапанов. К блоку 10 измерения давления подсоединен блок 14 автоматического регулирования давления, который соединен с входным клапаном 5 и клапаном 6 «Дросселирование откачки. Блок 14 проводит автоматическое регулирование заданного давления в анализаторе, поддерживает постоянным давление в вакуумной системе, а его величина устанавливается путем изменения опорного напряжения, что устраняет флуктуации ионного тока. 1 3. п. ф-лы, 2 ил. е (Л со о со

-11Ш

JIIIII

JITIL

JIIL

ж

и

Г t

m

ЛШjim

ИНГ t

Ши-L

ЛИГ t

Фи2.2