Способ измерения потока и количества газа и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01L7/14 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к снособам измерения но- тока и ко. 1 и честна газа и устройствам для |роведения утих измерений, и наиболее по.тно есо иозможности реализуются при низких дав.юниях газа для автоматического изучения кинетнкн процессов газовыделения мате)иа.т()в г|)и термовакуумной обработке.

f 1,о.т1 изобретения - новыи1ение точности измерений и расширение диапазона из- |(Ч)яе. дав.юний.

На чертеже нриведеиа нринциниальная схема устройства для реализации нредла- г ае.мого способа.

Способ осуп1ествляют следуюп1,им образом.

Накопительная полость с находящимся в ней источником газа откачивается до заданного ус,то И1ями экспери.мента давления.

Но мере поступления газа из источника об ьем ь олости камеры увеличивают с такой скоростью, что давление газа в . юлости камеры остается постоянным. Изменение обьема нолости камеры обеспечивают авюматическим устройством, свя- . с 1)еоб()азователем давления в элек 1рическиГ| СМИлал нодсоединенным к накопи- п,:ип1ОЙ iio. iocTii ка.меры.

Так как в устройстве, реализующем npe;i,. ia ;н М1)111 ciiOL4)6, использован сильфон в качесик M.ieMefri a переменного объема, величина вп тренней поверхности накопи- e. камеры остается практически нос- roHMHOii. Так как давление газа в полос- :и каме)1)Г ностояяно, то и нлотность сорбирогидппсл о с.лоя тоже постоянна, а зна- чнт и ко.1ичество выде.ченного источником газа определяется изменением объема накопи ге.тьной полост И камеры.

Ио окончании фазы 1акон;1ения, т. е. при достижении объемом полости камеры в момент времени ti заданной максимальной величины V-2, наконительную полость камеры сообщают с линией откачки газа через калиброванный канал малой проводимости.

По мере эвакуации газа из накопительной камеры ее объем уменьшают с такой скоростью, что давление газа в камере остается постоянным. Количество газа, выделенное источником за время удаления части газа из наконителыюй нолости камеры, а также поток (скорость газовыделения) измеряются управляющим процессором в конце цикла паконлепия.

По окончании каждого цикла измерений пост ч нившее за цик.т ко.личество газа суммируют с ко;п1чеством за предыдущие циклы.

Значения количест ва газа, скорости газовыделения и времени, прощедщего с начала измерений, погтунают на регистрирующее устройство.

Способ осуществляют с помощью устройства, которое содержит камеру в виде

двух тонкостепных сильфонов 1 и 2, соосно присоединенных к находящемуся между ними нодвижному элементу 3. Последний делит камеру на две полости, сообщенные между собой калиброванным

каналом, нор.мально закрыты.м под воздействием пружины 4 перекрывающим элементом электрокланана 5. Сильфоны закреплены между впускными 6 и выпускными 7 патрубками. Патрубки снабжены фланцами 8

0 и 9, выполняющими роль торцовых стенок камеры, и скреплены между собой шпильками 10, параллельными оси сильфонов. Эти щпильки служат направляющими для закрепленного на них с возможностью перемещения подвижного элемента 3, который свя5 зан с исполнительным механизмом 11.

Для определения давления газа в измерительной части устройства служит нечувствительный к составу газа преобразователь давления в электрический сигнал

0

в виде дифференциального емкостного

манометрического преобразователя (МЕП) 12. Измерительная камера 13 последней соединена с впускным натрубком 6 вакуум- проводом 14 .малого сечения, а ка.мера 15 сравнения МЕП откачана до давления,

5 не превышающего предел чувствите.тьнгнти МЕП.

Сильфон 1, впускной патрубок 6, измери тельная камера 13 MEM, вакуум-провод 14 и подсоединенная к впускному патрубку 6 реакционная емкость (не указана) образуют

0 измерительную (накопительпую) по.юсть камеры переменного объема.

Объем накопительной камеры зависит от положения подвижного элемента 3 и определяет электрическую емкость С коаксиального конденсатора с электродами 16

5 и 17, охватывающими сильфон 1. 1одвиж- ный электрод 16 преобразователя зак|км1 лен па элементе 3, а неподвижный электрод 17 через электроизоляпиопную втулку 18 крепится к фланцу 8 пли к

0 щпилькам 10. Накопительная полость через канал элемента 3 и. седло 19 при oi- крытом клапане 5 сообщается с линией откачки, включающей сильфоп 2 и выпускной патрубок 7.

Система управления устройством содержит процессор, к входу которого через блоки управления цифровыми приборами 20 и 21 подключены цифровые измерители 22 и 23 емкости. К входу измери- теля 23 подключен МЕП 12, а к входу измерителя 22 - емкостный преобразователь. Обмотка 24 клапана 5 подключена к процессору через устройство управления релейными элементами 25, а исполнительный механизм 11 через цифроаналоговый преоб- 5 разователь 26. Для регистрации параметров газовыделения к процессору подключены цифропечетающее и многоканальное самопишущее устройство 27.

Устройство работает следующим образом.

Выделяю1лийся газ обуславливает неко- горый рост давления Р в накопительной полости камеры, что вызывает изменение емкости 12 от Ci при заданном рабочем давлении P| до некоторой величины С. Измеренное значение С с измерителя 23 емкости через блок управления цифровыми приборами 21 поступает в процессор, где определяется величина разбаланса устройства (значение Ci заложено в оперативную память). На основе получаемых значений разбаланса процессор формирует сигнал управления, который через цифроанало -оБЫЙ преобразователь 26 поступает на исполнительный механизм 11. В результате скорость перемещения элемента 3 механизмом 11 становится такой, что рост количества газа в накопительной камере компенсируется увеличением объема сильфо- на и давление газа остается постоянным. Смещение корпуса 3 от исходного положения пропорционально изменению емкости С между электродами 16 и 17 коаксиального емкостного преобразователя. Текуп1ее значение емкости С,,, измеренное цифровым измерителем 23, через блок управления цифровыми приборами 21 поступает в процессор и сравнивается с С, соот- ветствуюц ей предельному заданному смещению элемента 3.

При выполнении условия накопление заканчивается. Процессор запоминает величину сигнала управления исполнительным механизмом И, формирует сигнал, Г1оступаю1ций в блок управления релейными элементами 25, с которого запи- Т1;1вае7ся обмотка 24, открывающая клапан 5. Через преобразователь 26 на исполнительный механизм I подается сигнал, соответствующий по величине сигналу в конце предыдущего цикла эвакуации накопленного газа, что сводит к минимуму отклонения давления в накопительной камере от Р: при переходе к эвакуации накопленного газа и ускоряет время установления величины сигнала, необходимой для стабилизации давления.

В процессе эвакуации газа его количество в накопительной полости камеры уменьшается, поддержание давления неизменным приводит к уменьщению объема сильфона 1 за счет его сжатия при перемещении элемента 3, а следовательно, к уменьщению е.мкости .между электродами 16 и 17.

При выполнении условия Су Сщ сПро- цессор запоминает величину сигнала управления механизмом 11, формирует сигнал, который, поступая в блок управления релейными элементами 25, вызывает обесто- чпвание обмотки 24 и закрытие клапана 5. Через преобразователь 26 на исполнительный механизм 11 подается сигнал, равньн

по величине сигналу в конце нредыду щей фазы накопления. При этоу, уст ройство приходит в исходпое состояние. т. е. начинается следующий цикл измерении.

По окончании фазы накопления по с

ловию процессор зансмипгю; нре мя начала эвакуации газа ;.-, лО .моищг значения нотока и его производнь|. llo чании каждого цикла измерений iiociviinn Hjee за цикл количество газа суммчрх егся

с количеством за предыдупи1С цик.п. и.1- мерений.

Предлагаемый способ и реа.;1пзук)|це. его устройство обеспечивают проведение д-щ- тельных изобарных измерений потока и ко.щчества газа в широком диапазоне раГю чих давлений от атмосферного до нысоко- го вакуума.

Высокая точность измерений обхс.ювле на исключением влияния процесса и/. мерений на кинетику газоБыделет1я и о;

сутстнием сорбционно-десорбционных яв.к-- ний в измерительной части устройства.

Формула изобретения

5

1.Способ измерещ1я потока и ко.чп чества газа путем измерения скорости изменения и величины занимае.мого иак,)- ливаемы.м газо.м замкнуто о об ьсхта обеспечении в нем постоянного iciiin: газа, отличающийся тем, что. с не. .

Q ВЬПненИЯ чувствительности, точности и ншрепия диапазона )абочих дав. СниГ1 i;i ;i. накоп. -ieHHoe количество газа из объема п.. ; дически удаляют, при этом как прп ::. коплении 1 аза, так п при его ;: ич;:- оставляют постоянными дав. 101н;е ra.ij с об ьеме и поверхность , Kdii-..IKI ир . щую с газом, затем из.меренные не.гмчи;,;. потока в каждом периоде измерении jv, гистрируют, а количество 1аза. и (xicpcni .). в каждом периоде, су% мирук)т п u-:и руют.

2.Устройство Д.ЧЯ ИЗМе)1СИ ii i Mi-.:-. ,

личества газа, содержан1ее ка:,С;. p:i

ленную ПОДВИЖНЫ.М i. ie4U Ji IC.Vl li;: ;i.i

лости, одпа из .которых coo6iiU ii,i г.; лом, выпол1 е);ным в одной и;; i ориг)- : .

5 сте1Юк камеры, с измеряемой средой и iipr образователем дав.чения в э.1екгрическ::, сигнал, а другая полость через отверстие, выполненпое в другой торцовой стенке камеры, сообц.1ена с системой откачки, исполнительный механизм изменения обьсм;:

0 камеры, взаи.модействующиГ с подвижны;. элементом, и измерительный преобразов.ч тель изменения объема камеры в э.чекг- рический сигнал, ycTpoi icTBO х прав.чения i; регистратор, отличающееся те.м, что. с це.и. повышения чувствительности, точноеги и р:и

П1ирения диапазона измеряемых давлещп: газа, в него BBe.ieii э.юктроклапан. шспо ложенный на подв,1.,1.( элеменге. п напра ляю1цие, которых |)ыс110.1ожен подвпжной элемент с возможностью перемещения вдоль оси камеры, при этом направляющие закреплены между торцовыми стенками камеры, а камера выполнена в виде двух соосных сильфонов, соединенных

нал, с седлом, в котором размещен перекрывающий элемент электроклапана, а электрические цепи электроклапана и исполнительного механизма через устройство управления соединены с измерительным

между собой подвижным элементом, при- преобразователем изменения объема в le.M в нем выполнен калиброванный ка-электрический сигнал

/f реакционной камере

J у-ч:

/f шсояоШдумному

HUCOCL/

нал, с седлом, в котором размещен перекрывающий элемент электроклапана, а электрические цепи электроклапана и исполнительного механизма через устройство управления соединены с измерительным

преобразователем изменения объема в электрический сигнал

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к изучению кинетр - ки процессов газовыделения материалов при термовакуумной обработке. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых давлений. Устройство содержит камеру для измеряемой среды в виде двух сильфонов, преобразователь давления в электрический сигнал в виде дифференциального емкостного манометрического преобразователя, систе.му управления, процессор, электроклапан. По мере поступления газа из источника объем полости камеры увеличивают с такой скоростью, что давление газ,-) в полости камеры остается постоянным. Изменение объема полости камеры обеспечивается системой управления, связанной с преобразователем давления в электрический сигнал. Так как в устройстве использован сильфон в качестве элемента переменного объема, величина внутренней поверхности накопительной камеры остается практически постоянной. Так как давление газа в полости камеры постоянно, то и плотность сорбированного слоя тоже постоянна, а значит и ко,1ичество выделенного источником газа определяется изменением объема накопительной полости камеры. Количество газа, выделенное источником за время удале|.:ия части газа из накопительной полости камеры, а также поток (скорость газа выделения) измеряются управляющим процессором в конце цикла накопления. Способ и реализуюплее его устройство обеспечивают проведение длительн.ых изобарных измерений потока и количество газа в nuipo ком диапазоне рабочих давлений от атмосферного до высокого вакуума. Высокая точность измерений об словлена исключением влияния процесса измерений на кинетику газовыделения и отсутствием сорбционно- десорбционных явлений в измерительной час- ти устрйства. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. X) 4;

nj3ou,eccop