МАНОТРОН Советский патент 1995 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к механотронным измерительным преобразователям манотронам, может быть использовано в приборах для высокоточного измерения разрежений (вакуума) и избыточных давлений.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет возможности корректировки чувствительности.

На фиг.1 схематично изображена конструкция и схема включения предлагаемого манотрона; на фиг.2 типичная градуировочная характеристика манотрона; на фиг.3 характеристика компрессионного устройства, называемая также компрессионной характеристикой манотрона.

Манотрон (фиг. 1) выполнен в виде сдвоенного диода с общим катодом 1 косвенного накала (подогреватель 2) и двумя анодами 3 и 4. Катод 1 с подогревателем 2 и анод 3 неподвижны, жестко соединены в арматуру с помощью слюдяных пластин 5 и 6 и траверс 7. При помощи траверс 8 арматура соединена электроконтактной сваркой с базовым цилиндром 9, который, в свою очередь, посредством фланца 10 соединен со стеклянным баллоном 11. Подвижным электродом является анод 4, который посредством держателя 12 соединен с центром мембраны 13, являющейся частью вакуумированной оболочки манотрона. Манотрон снабжен стандартным газопоглотителем 14 и присоединительным патрубком 15. Электроды манотрона посредством траверс и контактных пружиной 16 соединены с выводами 17 цоколя. Патрубок 15 снабжен проходным вакуумным вентилем 18 и компрессионным устройством. Последнее содержит сильфон 19, подсоединенный к патрубку, эксцентрик 20 с ручкой 21 и хомут 22 с осью 23 и винтами 24, служащий для крепления эксцентрика к патрубку.

При повороте ручки 21 по стрелке Б из положения 1 в положение II компрессионное устройство обеспечивает изменение давления в замкнутом объеме измерительного резервуара манотрона от Р₁ до Р₂ причем
и
P₂= P₁ P₁· c где V объем измерительного резервуара до компрессии;
V_о изменение объема сильфона 19 после компрессии;
c коэффициент компрессии, постоянный для конкретного устройства.

Электрическая схема включения манотрона представляет собой измерительный мост, плечи которого образованы сопротивлениями анодных нагрузок R_а и внутренним сопротивлением межэлектродных промежутков диодов манотрона. В измерительную диагональ моста включен измерительный прибор ИП. Питание манотрона осуществляется от источника анодного напряжения Е_о и источника напряжения накала Е_н. Резистор R_o служит для корректировки нуля мостовой схемы, а резистор R_р для регулировки рабочей чувствительности манотрона по току и давлению путем изменения анодного напряжения U_а.

Манотрон, включенный в измерительную мостовую схему, снабжен градуировочной характеристикой, т. е. зависимостью выходного тока от давления I_вых f(P), которая снимается путем сличения показаний выходного прибора ИП (фиг. 1) и показаний образцового (вакуумметра). Зависимость I_вых f(P) (фиг.2), как правило, является линейной в заданном диапазоне измерений и может быть представлена в виде соотношения
I_вых Ψ_ip˙P, где Ψ_ip= -рабочая чувствитель- ность манотрона по току к давлению, причем Ψ_ip const.

Кроме того, манотрон снабжается так называемой компрессионной характеристикой, представляющей собой зависимость (фиг.3) изменений ( Δ I_гр) выходного тока I_вых от значений этого тока при фиксированных значениях давления в измерительном резервуаре манотрона:
Δ I_гр f(I_вых).

Обычно зависимость Δ I_гр f(I_вых) снимают одновременно со снятием градуировочной характеристики, при этом перед определением каждого значения Δ I_гр.п., вентилем 18 производится отключение ("отсека") измерительного резервуара манотрона от откачной системы и по прибору ИП отсчитывается выходной ток I'_вых.п, соответствующий давлению P'_п в измерительном резервуаре. Затем поворотом ручки 21 по стрелке Б из положения 1 в положение II производят компрессию, в результате чего давление в резервуаре увеличится до значения P''_h, а значение выходного тока становится равным I''_вых.п. Изменение выходного тока Δ I_гр.п определяется как Δ I_гр.п=I''_вых.h I'_вых.п. Очевидно, Δ I_гр I'_вых.п (с-1), а зависимость Δ I_гр f(I_вых) является линейной.

Манотрон работает следующим образом.

При проверке соответствия показаний манотрона исходной градуировочной характеристике (что может быть сделано в любой момент происходящего в контролируемой системе технологического процесса) вентилем 18 отсекают измерительный резервуар от системы и по выходному прибору схемы ИП отсчитывают значение тока I'_вых.х. Затем поворотом ручки 21 компрессионного устройства производят компрессию и измеряют по прибору ИП значение тока I''_вых.х. (после компрессии). Далее рассчитывают ΔIx как:
Δ Ix I''вых.х I'вых.х (1)
При этом, если с момента снятия исходной градуировочной характеристики изменения чувствительности Ψ_ip не произошло, рассчитанное значение ΔI_x равно значению I_гр, определенной по зависимости ΔI_гр f(I_вых) для данного значения I'_вых.х (фиг.3).

Если же с момента снятия исходной градуировочной характеристики произошло изменение чувствительности Ψ_ip, (например, эта чувствительность уменьшилась до Ψ_ip' из-за падения эмиссии катода и анодного тока), определенное после компрессии из соотношения (1) значение Δ I_x меньше значения I_гр, определенного из зависимости ΔI_гр f(I_вых) (фиг.3) для значения I'_вых.х, причем
δ I Δ I_гр Δ I_x.

Как следует из фиг. 3, чтобы восстановить начальное значение чувствительности и исходную градуировочную характеристику, необходимую путем повышения анодного напряжения U_α регулировочным резистором R_p (фиг.1) увеличить значение тока I''_вых.х на величину δ I. По- лученное значение тока I_вых.х. I''_вых.х + δ I соответствует значению Δ I_гр.х по компрессионной характеристике Δ I_гр f(I_вых).

При этом значение чувствительности доводят до первоначального значения Ψ_ip', а градуировочную характеристику манотрона приводят к исходному виду I_вых f(P) (фиг.2).

Таким образом, корректируют рабочую чувствительность манотрона и устраняют погрешность измерений, вызванную изменением этой чувствительности.

Описанный манотрон с компрессионным устройством в виде сжимаемого сильфона может быть использован как для точного измерения низкого и среднего вакуума, так и для измерения избыточных давлений. Изменение объема (U_o) сильфона при его сжатии может быть выбрано значительным, а следовательно, при компрессии в измерительном резервуаре удается получить достаточно большое приращение давления даже в области малых абсолютных давлений (в области вакуума) и достаточно большое изменение выходного тока Δ I_гр, что удобно для измерения Δ I_гр с необходимой точностью.

Преимущества предложенного манотрона с компрессионным устройством:
1) Повышение точности измерений путем регулярного периодического контроля рабочей чувствительности манотрона и устранения ее случайных изменений.

2) Простота и удобство эксплуатации, т.к. для указанного контроля и корректировки рабочей чувствительности не требуется повторного снятия градуировочной характеристики.

Предложенная конструкция манотрона найдет широкое применение особенно для высокоточного контроля давления при проведении длительных непрерывных технологических процессов, например, при изготовлении ряда изделий электронной техники.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к механотронным измерительным преобразователям давления манотронам, и позволяет повысить точность измерений за счет корректировки чувствительности манотрона. Манотрон содержит вакуумированный баллон 11, внутри которого расположены катод 1 с подогревателем 2, неподвижный анод 3, подвижный анод 4, соединенный с упругим чувствительным элементом (УЧЭ) 13, присоединительный патрубок 15 с проходным вентилем 18 и компрессионное устройство в виде сильфона 19 с приспособлением для его сжатия, которое установлено на патрубке 15 между вентилем 18 и (УЧЭ) 13, причем полость сильфона 19 соединена с измерительным резервуаром манотрона, объем V которого ограничен УЧЭ 13 и проходным вентилем 18. Компрессионное устройство имеет постоянный коэффициент компрессии где V_o изменение объема сильфона 19 при его сжатии. Манотрон включен в мостовую измерительную схему, плечи которой образованы анодными нагрузками R_a и межэлектродными диодными промежутками манотрона; питание последнего производится от источников анодного и накального напряжений; для регулировки анодного напряжения применен регулировочный резистор R_p. Манотрон имеет градуировочную характеристику I_вых= f(P) и компрессионную характеристику зависимость изменений ΔI_гр выходного тока I_вых от значений этого тока при фиксированных значениях давления в измерильном резервуаре. При проверке соответствия показаний манотрона исходной градуировочной характеристике и проверке его чувствительности по току и давлению вентилем 18 отсекают измерительный резервуар от системы и по выходному прибору ИП отсчитывают значение тока . Затем, сжатием сильфона 19 производят компрессию и по прибору ИП измеряют (после компрессии). Далее расчитывают . В случае изменения чувствительности манотрона с момента снятия его характеристик I_вых f (Р) и ΔI_гр=f(I_вых) значение ΔI_* отличается (например, меньше) от значения ΔI_гр,, определенного из зависимости ΔI_гр=f(I_вых) для значения , причем δI=ΔI_гр-ΔI_x. Чтобы откорректировать чувствительность, т.е. восстановить ее начальное значение (а следовательно, и исходную градуировочную характеристику), необходимо путем повышения анодного напряжения регулировочным резистором R_р увеличить значение тока на величину δI.. Полученное значение тока соответствует значению ΔI_гр.х по компрессионной характеристике ΔI_гр.х= f(I_вых). При этом значение чувствительности доводят до первоначального значения Ψ_ip, а градуировочную характеристику приводят к исходному виду I_вых f (Р). 3 ил.

МАНОТРОН, содержащий вакуумированный баллон, внутри которого расположены катодный узел и подвижный анод, соединенный с упругим чувствительным элементом, являющимся частью баллона, и присоединительный патрубок, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений за счет возможности корректировки чувствительности, он снабжен вакуумным вентилем, установленным на присоединительном патрубке, и компрессионным устройством с постоянным коэффициентом компрессии, которое подсоединено к присоединительному патрубку между вентилем и упругим чувствительным элементом.