Способ измерения вакуума и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01L21/12 

- о ел

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума. Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения влияния температуры газовой среды и потерь тепла за счет конвекции и излучения в период нагревания. Для этого при нагревании термочувствительного резистора манометрического преобразователя свыше первого заданного значения температуры и его охлаждении ниже второго заданного значения путем включения и выключения перегревающего его относительно газовой среды электрического тока определяется зависимость скорости теплообмена между предварительно нагретым термочувствительным резистором и газовой средой от остаточного давления. Осуществляется измерение времени охлаждения термочувствитель-. ного резистора при заданном интервале изменения разности его температуры и температуры газовой среды, по которой определяется измеряемое давление. Вакуумметр содержит измерительный мест 1 с термочувствительным ре- зистором 2 и с резистивным датчиком 3 температуры газовой среды, дифференциальный усилитель 4 разбаланса измерительного моста 1, электронный ключ 5, формирователь 6 импульсов, источники питания 7 измерительного моста 1 и 8 термочувствительного резистора 2, задатчики 9 и 10, соединенные с входами компараторов 11 и 12, элементы И-НЕ 13 и 14, образующие триггер, генератор 15,счетчик 16 и регистр 17. Резистивный датчик 3 отслеживает изменение температуры га- ,зоной среды. Счетчик 16 обеспечивает подсчет импульсов в течение времени охлаждения. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. ся с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вакуума.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения влияния температуры газовой среды и потерь тепла за счет конвекции и излучения, а также повышение быстродействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема теплозлектрического вакуумметра,

реализующего предлагаемый способ измерения вакуума; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие способ измере- ния и принцип работы устройства.

Теплоэлектрический вакуумметр, осуществляющий предлагаемый способ измерения вакуума, содержит измерительный мост 1 с термочувствительным резистором 2 манометрического преобразователя в одном плече и с резнетивным датчиком 3 температуры газовой среды в другом плече, дифферен- циальный усилитель 4, электронный ключ 5, формирователь 6 импульсов, источник 7 питания измерительного моста, источник 8 питания термочувствительного резистора 2, эадатчики 9 и 10 напряжения, компараторы 11 и 12 элементы И-НЕ 13 и 14, образующие триггер, генератор 15, счетчик 16 и резистор 17. Дифференциальный вход усилителя 4 подключен к выходной диагонали измерительного моста 1. Источник 8 питания подключен через элект- ронный ключ 5 к точке соединения выходной диагонали измерительного моста 1 и термочувствительного резистора 2. Компараторы 11 и 12 соединены первыми входами с выходом усилителя 4, вторы- ми - с выходами задатчиков 9 и 10, а выходами - с первыми входами элементов И-НЕ 13 и 14, образующих триг- .гер, выходы которых соединены с их вторыми входами друг друга. Третий вход элемента И-НЕ 14 соединен с управляющим входом электронного ключа 5 и выходом формирователя 6 импульсов, а его выход - с входом R установки счетчика 16, с входом записи С ре- гистра 17, с входом формирователя 6 импульсов,

Информационный вход регистра 17 соединен с выходом счетчика 16, вход которого соединен с выходом генератора 15.

В соответствии с предлагаемым способом измерения вакуумметр работает следующим образом.

Термочувствительный резистор 2 помещают в газовую среду, давление которой необходимо измерить. Резистив- ный датчик 3 отслеживает температуру бср газовой среды (фиг.2а). В момент времени tx начала измерений формирователь 6 импульсов формирует импульс напряжения нулевого уровня (фиг.2ж), например, по сигналу внешnero запуска или при подаче напряжения питания на вакуумметр. Нулевым уровнем электронный ключ 5 открывается, термочувствительный резистор 2 подключается к источнику 7 питания и нагревается током 1ц (фиг.26). В течение времени формирования импульса от t( до t/j термочувствительный

резистор 2 нагревается до температуры , превышающей заданное задат, JQ 152Q , 25 JQ

04054

чиком 9 первое значение температуры в (фиг.2в).

При этом триггер на элементах 13 и 14 находится установленным в единичное состояние. В момент времени tg на выходах компараторов 11 и 12 установлены единичные уровни, начинается охлаждение термочувствительного резистора 2 по закону

) en-(0r,-ScP)i-exp( о.

GS

me

где ) текущее значение температуры термочувствительного резистора 2; m - масса нити термочувствительного резистора 2; , с - удельная теплоемкость

материала нити; Gg ЬР - тепловая проводимость

среды,

Р - давление газа; b - коэффициент пропорциональности;

t - текущее время. При достижении разности температур термочувствительного резистора 2 и газовой среды первого заданного значения 6 - вер (9f в момент времени tj на выходе компаратора 11 устанавливается нулевой уровень (фиг.2д). На выходе элемента 14 устанавливается логический О (фиг.2е). Снимается обнуление счетчика 16 по входу R, начинается подсчет импульсов опорной частоты генератора 15. При дбстиже- нии разности температур 0- вер бЈ, определяемой задатчиком 10, на выходе компаратора 12 устанавливается нулевой уровень. НА выходе элемента 14 в этот момент времени t формируется логическая 1, осуществляется перезапись кода числа подсчитанных импульсов за интервал времени t, в регистр 17, обнуление счетчика и запуск формирователя 6 импульсов. Осуществляется последующий разогрев и охлаждение термочувствительного ре- зистора 2. Цикл измерения повторяется снова. При этом в течение всего цикла отслеживается изменение температуры газовой среды, что обеспечивается введением в состав измерительного моста резистивного датчика температуры газовой среды.

f При охлаждении термочувствитель- ного резистора 2 в интервале времени 3,Ц выражение (1) принимает вид:

0(4) 6(t - f(9(ts) -Gcfl , 1-ехр(- -Jjfi tx)L (2)

где $(t-s), O(t) - температура нити

термочувствительного резистора в соответствующие моменты времени;

tf t-j - время охлаждения нити от значения разности температур Q до &р

Вычтем из обеих частей равенства (2)

вер

0(ц) -вер 6(t3)(t3)-0cp

(l-expC-JL -- tx). (3)

Очевидно, что

) - 0сР &, 6(tb) -8cp в .

В соответствии с этим выражение принимает вид;

02 0,-ва l-exp(- --ЈЈ- t,e).

Решая уравнение (4) относительно получим:

тс 1„ б

tx -р л

GQ с/2

или

tx - К --- ,

где

К -5Е-. In -&- Const. Ge S.2.

Таким образом, измеряя интервал времени t., можно определить давление газовой среды независимо от температуры среды и ее изменения.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Фиг. 1