Способ динамической поверки манометров Советский патент 1990 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к вакуумной метрологии и может найти применение на установках и комплексах, имеюшр1х развитые вакуумные системы с большим числом манометров.

Цель изобретения - упрощение поверки и сокращение времени поверки за счет проведения ее без демонтажа манометров с трубопровода вакуумной системы, имеющей средства откачки.

Существо предлагаемого технического решения заключается в следующем. Известно, что градуировка или поверка любого средства измерения требует наличия образцового прибора и операции сличения в той или иной форме показаний поверяемого и образцового приборов. Известные способы поверки манометров включают в себя процессы формирования эталонного давления, призванного играть роль показаний Образцового прибора. Но

поверка как операция установления пригодности средства измерения к применению, т.е. определение чувствительности манометра

S ЛР

где ли - приращение величины выходного сигнала манометра при изменении давления на величину Р, может быть, осуществлена и независимым путем, т.е. путем, при котором не требуется передача размера единицы от эталона. Другими словами, она может быть проведена сравнением реакции манометра на изменение параметра, косвенно связанного с давлением в вакуумной системе, например, на изменение молекулярной концентрации в месте установки поверяемого манометра, приводящее к кратковременному повышению давл ения.

Если в вакуумную камеру, в которой установлен поверяемый, например, иони- защюнный манометр, осуществить им.

а

О5

пульсный напуск пробного газа, т.е. газа, чувствительность поверяемого манометра по которому известна (например, сухой азот или воздух), то, при условии существования в вакуумной камере, например, молекулярных условий течения газа, через некоторое время в манометре произойдет увеличение молекулярной концентрации пробного газа (суммарного давления), что приведет к изменению его выходного сигнала. Величина молекулярной концентрации в манометре и время, за которое она достигается, могут быть получены при решении уравнения нестационарного течения пробного газа в вакуумной камере, причем, если рассматривать вакуумную камеру, например, в виде трубопровода, ориентированного вдоль оси X, то возможно решение одномерного уравнения.

На фиг.1а изображена схема вакуумной системы, для которой решено уравнение нестационарного молекулярJpCY t.)

ного потока вида ----- ---

() 5Х

диффузии пробного газа в остаточном газе в вакуумной камере, равный . 1/3 , v -средняя скорость молекул пробного газа, d - длина свободного пробега молекул пробного газа, P(X,t) - давление пробного газа, зависящее от координаты и времени.

На фиг.16 показан процесс распространения возмущения (увеличения давления) вдоль вакуумной системы после напуска в нее в момент t О импульс пробного газа. Начальное давление в системе считается равновесным и обозначено -PQ, L - длина системы, манометр Р, установлен на трубопроводе соединяющем натекатель и насос N, в координате Х. Видно, что амплитудное значение давления в точке установки манометра зависит от соотношения расстояний между натекателем и манометром и между манометром и ближайшим к нему насосом . Если выбрать соотношение тс равным 1:10, то давление в координате Х будет максимально и определяется из выражения

где D - коэффициент

макс -Ре.

.„9.П1,-,.

s

0

«

где Q

tip

s.t(V

амплитуда импульса пробного газа,

эффективная скорость откачки вакуумной системы в месте установки манометра;

длительность импульса потока пробного газа; газокинетическая постоянна вакуумной системы по пробному газу в месте ввода пробного газа. Очевидно, что установившееся значение РМ«КС практически равно отноше2 (IP S

пр

f. нию

при условии, что

ЭФ+(Х) ПР - ОО в случае трубопровода

A-L

0 где А - площадь поперечного сечения трубопровода длиной L, С - пропускная способность трубопро/л -О

5

0

5

0

вода, равна 3,81 т/------ - t AJ

где

Т и М . - температура и масса пробного газа, - диаметр трубопровода.

Однако достаточная чувствитель- нос гь поверки (вьш1е 63% от максимальной) .может быть получена при условии пр

по .(95% при f,,).

5

fII . При приближении манометра к насосу увеличивается 5 и падает чувствительность поверки.

Таким образом, напуск заданного количества пробного газа (Рпр-Гр ) за счет диффузионного распространения молекул пробного газа по вакуумной системе приводит к кратковременному повышению давления (молекуг лярной концентрации) в вакуумной системе, причем амплитуда этого по- вьппения зависит как от параметров напускаемого импульса, так и от характеристик самой вакуумной системы. Очевидно, что при леизменных параметрах импульса и вакуумной системы увеличение выходного сигнала поверя- емого манометра должно быть постоянно и зависеть только от. величины чувствительности манометра, что и определяет осуществимость предлагаемого способа при контроле пос.тоячства чувствительности или поверке манометра.

Предлагаемое техническое решение основано на проведении независимой (от эталона) поверки в импульсном динамическом режиме и использовании

мируемая мини- или микроЭВМ. После этого блок 12 управления через коммутатор 7 подключает блок управления клапанами к клапану V , и вновь измеряется выходной сигнал манометра Р , максимальное значение U которого также поступает в блок памяти вычислителя 9. После этого вычисляются вначал величины U-Ug, а затем коэффициент

чувствительности К -,%,-- и посыи-и

лаются в блок памяти вычислителя 9, где хранятся вплоть до следующей поверки манометра Р , При проведении очередной или внеочередной поверки манометра Р, , спустя определенное время, все описанные выше операции повторяются в той же последовательности, за исключением вычисления коэффициента К, вместо которого Вычисляется значение чувствительности манометра (U,.-U. ) , где индексы i принадлежат измерениям, проведенным во втором цикле. Полученное отношение высвечивается на индикаторе 10 для информирования оператора вакуумной системы.

Очевидно, что описанная процедура поверки манометров подходит для манометров, имеющих линейные или квази

для сравнения значения паспортной чувствительности поверяемого манометра .

На фиг. 2 приведена фун кдиональная схема устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ поверки манометров

Устройство содержит вакуумную систему 1, состоящую из средств 2 откачки, электромагнитных клапанов- натекателей 3, манометров 4, вакуумной камеры 5, аналоговые коммутаторы 6 и 7, измеритель 8 давления, вычислитель 9 с блоком памяти, индикатор 10 чувствительности, блок 11 управления клапанами, блок 12 управления.

Устройство работает следующим образом.

После установки манометра, например манометра Р , по сигналу из блок 12 управления коммутатор 6 подключае манометр Р к измерителю давления, которьм может являться вакуумметр, например, ВИЦ-АВ, выходной сигнал ко торого Uj , соответствующий начальном давлению Р в вакуумной камере 5, потупает в блок памяти вычислителя 9, которым может являться любая програм

10

т 25 5976386

линейные градуировочные характеристики. В случае необходимости проведения подобных поверок для любых манометров возникает потребность коррекции вычисленного значения S в зависимости от вида паспортной граду- ировочной характеристики поверяемого манометра, что может быть сделано программным путем с помощью вычислителя 9.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает проведение периодической очередной и внеочередной комп- 15 лексной поверки манометров вакуумных систем без их демонтажа с вакуумных камер. Потребность в дополнительной установке внешних дозирующих устройств на вакуумную камеру можно обеспечить при вьтуске манометров, предусматривая в их конструкции внешнее дозирующее устройство. Введение малого количества пробного газа в любую вакуумную систему не представляет для нее опасности в случае выбора для этого момента времени, когда, например, не осуществляется физический процесс в вакуумной системе.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является то, что поверка манометров может быть проведена при любом пробном газе. Кроме того, способ может быть использован и при проведении поверки масс-спектрометров, так как все доводы, справедливые для полного давления, справедливы и для парциальных давлений.20

30

35

40

Формула- изобретения

Способ динамической поверки манометров, включающий ввод пробного газа в вакуумную систему, в которой установлен поверяемый манометр, и последующее определение чувствительности S манометра по математической зависимости, отлича|ощий- с я тем, что, с целью упрощения поверки и сокращения времени поверки за счет проведения ее без демонтажа манометров с трубопровода вакуумной системы, имеющей средства откачки, в начале поверки производят первичное испытание манометра, закючающееся в том, что измеряют темературу вакуумной системы, из.меряют выходной сигнал Ug манометра, соответствующий начальному давлению в

вакуумной системе, затем вводят в систему импульс потока пробного газа амплитуда и длительность С которого фиксированы, причем длительность импульса должна удовлетворять

/1

ЗС.

условию ц 5 г пр 3 «.о , где Vo- газокинетическая постоянная вакуумной ситемы по данному пробному газу в месте ввода пробного газа, а расстоя- ние от места ввода пробного газа до поверяемого манометра должно быть не более 1/10 расстояния между поверяемым манометром и ближайшим к нему средством откачки вакуумной системы, измеряют при этом величину максимального выходного сигнала U манометра и определяют коэффициент чувствительности К по формуле

К

S nc«cn

и - и

где S - паспортная чувствительность данного манометра затем при каждой последующей поверке измеряют при температуре вакуумной системы величину выходного сигнала U,- поверяемого манометра, соответствующего начальному давлению в вакуумной системе, вводят в вакуумную систему в том же месте импульс пробного газа с теми же величинами амплитуды и длительности, измеряют величину максимального выходного сигнала Uj манометра и вычисляют величину чувствительности S поверяемого манометра из вьфажения (U,-U,;).

Изобретение относится к вакууметрической технике и позволяет упростить процедуру определения пригодности к применению манометрических преобразователей путем динамического контроля чувствительности манометров на объекте, что особенно важно для вакуумных систем, использующих большое количество манометров. Поверка проводится измерением реакции манометра на небольшое количество пробного газа, подаваемого в вакуумную систему через клапан-натекатель, установленный в непосредственной близости от места установки манометра. 3 ил.

Л

Импульс

пробного

газа

О X,

/О f- -

-f/.v r,

cPr,

J(

X.

-л;

Vut.2.