Способ измерения давления разреженного газа и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01L21/12 

2

NJ

причем в течение каждого такта проводят измерение количества тепла, выделившееся в те рмодатчике при его нагревании и охлаждении, и интегрирование по времени текущей температуры Температуру и давление среды определяют по определенным соответствующим математическим зависимостям. Устройство для осуществления способа содержит термочувствительный датчик 1, дискретно управляемый источник 2 тока, усилитель 10 с дискретно управляемым коэффициентом усиления, компаратор 19, делитель 20 напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, источник 25 опорного напряжения, преобразователь 26 напряжения, счетчики 27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов, запоминающий блок 30, вычислительный блок 37 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 управления происходит включение и выключение перегревающего тока. 2 с.п. ф- лы,2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - повышение быстродействия и расшир-ение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа. Измерения проводят за три последовательных временных такта. В первом такте термочувствительный датчик давления перегревают первым перегревающим током от первого до второго фиксированного значения температуры термочувствительного датчика, во втором выключают перегревающий ток и охлаждают его от второй до первой фиксированной температуры, в третьем включают второй перегревающий ток, не равный первому до достижения термочувствительным датчиком второй фиксированной температуры, U) С

Изобретение относится к технике теп- лофизических измерений и может быть использовано для измерения малых давлений газа и его температуры.

Известен способ измерения вакуума при помощи термопреобразователя, включающий его перегрев током постоянной мощности, измерение температуры термочувствительного резистора через равные промежутки времени и дальнейшее определение давления при помощи математической формулы,

Недостатком данного способа является невозможность проведения с его помощью комплексных измерений параметров разреженных газов - давления и температуры. Сочетание отдельных типов измерений приводит к значительной длительности проведения этих измерений.

Наиболее близки к предлагаемым способ измерения вакуума и устройство для его осуществления, основанные на использование термочувствительного резистора. Терморезистор нагревают и охлаждают путем периодического включения и выключения перегревающего его относительно температуры газовой среды электрического постоянного тока, при этом измеряют время нагрева терморезметора от первого исходного значения на нормированную величину, охлаждают терморезистор до температуры ниже второго исходного значения, не равного первому, измеряют время нагрева терморезистора от третьей фиксированной температуры до четвертой, затем периодически включают и выключают перегревающий ток, давая возможность температуре терморезистора измениться на нормированное приращение и регулируя при этом его величину до тех пор, пока длительность второго интервала не станет равной длительности первого, определяют мощности, выделившиеся на терморезисторе в первом и втором интервалах времени, давление определяют по математической формуле.

Устройство для измерения вакуума содержит терморезистор, включенный в одну из ветвей измерительного моста, усилитель, формирователь опорных импульсов, блок

выделения интервалов времени, регулятор напряжения, электронный ключ и задатчик напряжения смещения.

Недостатком известных способа и устройства является малое быстродействие

при измерении вакуума, что связано с необходимостью регулирования мощности для получения заданного времени нагрева, для чего необходимо выполнение нескольких циклов нагрева-охлаждения терморезистора. При быстром изменении давления этот недостаток усиливается. Быстродействие известного способа ухудшается также в связи с необходимостью периодической тарировки времени нагрева при измерении

температуры окружающей среды, для чего терморезистор выводят из режима измерения.

Кроме того, отсутствует возможность одновременного определения температуры

окружающее газа.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа.

Как следует из теории калориметрического эксперимента, если тело, размещенное в газе с температурой вср, и имеющее начальную температуру #1 0Ср, за некоторое бремя нагреть мощностью Pi до конечной температуры вг.. то необходимо для нагрева тела количество тепла в (потери тепла этим телом на теплообмен излучением и теплопроводностью по элементам конструкции минимизированы и не учитываются) может быть определено из уравнения теплового баланса

СИ Н(ft -0|) +а (0 - ftp)dt

ti

(1)

45 где Н тС (т - масса; С - теплоемкость);

or- коэффициент теплоотдачи; ti, t2 - моменты времени достижений температур соответственно;

А-7

Т1

Pidt - тепло, сообщаемое тер- g

морезистору.

Первый член правой части (1) равен количеству тепла, запасенного телом при иа- греве его от в до &2 второй член - количеству тепла, отданного телом окружающему газу с температурой вср за время П t2-ti посредством теплоотдачи.

Уравнение теплового баланса дня участка охлаждения тела от температуры 9г до момента времени тз достижения им температуры #1 может быть записано в виде

Q2 Н(% - ft ) +« / (в - 0cp)dt,

12

t3

где Oi - J Padt - тепло сообщаемое тер12

морезистору измерительным током мощностью Р2 « Pi

Уравнение теплового баланса для участка нагрева мощностью Рз Р2 по аналогии с уравнением (1) запишем в виде

Ч

Q3 H(0i -fc)+a/(0- 0cp)dt (3)

13

Решая систему уравнений (1)-(3) относительно «при условии вср COnSt, ПОЛуЧЭ- ем

а (0|+fe)(T2+T3)-(Q2+Q3)(Tl-fT2)

(T2+T3)tf0dt-(Ti+T2)j 0dt

Цta

(4)

Так как тепловая проводимость среды прямо пропорциональна давлению (Р К и), то

р„ (Q1 + Q2)(T2 + Тз)-(02 + 03)(Т1 +T2)

К - | л- - .--..т.-.-..-J-- .. -л,е

(Т2 + Т3) j #dt -(Ti + Т2) /#dt

И12

(В)

Решая систему уравнений (1}-(3) относительно вср. получим

(Qi4-Q2)t/0dt-(Q2+Q3) 55

t2 t2

(01 +Q2)(T2 +T3)-(Q2+Q3)(T1 +T2)

(6)

g

Q

20

25

30

ос

U

45

50

55

)

На фиг. 1 приведены диаграммы измерения температуры на терморезисторе; на фиг.2 - структурная схема устройства для измерения вакуума и температуры

Способ осуществляют следующим образом.

Помещенный в измеряемую среду термопреобразователь сопротивления перегревают по отношению к температуре окружающей среды #Ср(фиг.1) первым перегревающим током И до первой фиксированной температуры в и с момента ее достижения ti измеряют количество тепла QI, выделившееся в терморезисторе до момента времени t2 достижения им второй фиксированной температуры б #i В момент времени t2 выключают перегревающий ток и измеряют время его охлаждения до температуры Qi,фиксируя момент тз и количество тепла Q2, подведенного к терморезистору в процессе измерения. Одновременно на промежутках времени Ti t2-tt и Т2 - Ш2 интегрируют по времени текущую температуру терморезистора в В момент времени t3 включают перегревающий ток 2, например h It, и измеряют количество тепла, выделившееся на терморезисторе до момента t4 достижения им второй фиксированной температуры &2, интегрируя при этом текущую температуру по времени В момент времени Т4 ток выключают, а температуру среды и давление вычисляют по формулам (5) и (6).

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит терморезистор 1 манометрического преобразователя дискретно управляемый источник 2 тока состоящий из ключей 3-5, резисторов 6-8 и усилителя 9, усилитель 10 с дискретно управляемым коэффициентом усиления, состоящий из резистора 11, ключей 12-14 резисторов 15-17 и усилителя 18, компаратор 19, делитель 20 напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, состоящий из резисторов 21 и 22 и ключей 23 и 24, источник 25 опорного напряжения, преобразователь 26 напряжения в частоту, счетчики 27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов, запоминающий блок 30, состоящий из регистров 31-36 памяти, вычислительный блок 37 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 управления происходит включение и выключение перегревающего тока Обработка информации происходит в вычислительном блоке. Выходные коды вычислительного блока прямо пропорциональны величинам вср и Р Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

рg (.31+Q2XT2 +Тз)-(02+Оз)(Т1+Т5) Tsi+S2}(T2+T3)-(Si+S2)(Ti+TT)

ftp

(Q +Q2KS +S-Q-(Q2 4-Cn)(Sl -f 52 ) (01 +Q2)(T2 +Тз)-(02 +Q3)(T1 + T2)

где К - градуировочный коэффициент;

Ti,Ta,T3 - длительности первого, второго и третьего интервалов времени;

Qi.Q2,Q3 - количества тепла, измеренные в первом, втором и третьем интервалах времени;

Si,S2,S3 - интегралы температуры терморезистора в первой,второй и третий интерволы времени.

2 Устройство для измерения давления разреженного газа, содержащее тёрмопре- образователь сопротивления и источник опорного напряжения отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа, в него введены дискретно управляемый источник тока, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом

усиления, делитель напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, преобразователь напряжения в частоту, первой и второй счетчики импульсов, генератор импульсов, запоминающий блок, вычислительный блок, компаратор и блок управления, при этом термопреобразователь подключен к выходу дискретного управляемого источника тока, первый, второй и третий управляющие входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока управления, которые подключены также соответственно к первому, второму и третьему управляющему входам усилителя с дискретно

регулируемым коэффициентом усиления, информационный вход которого подключен к термопреобразователю, а выход - к первому входу преобразователя напряжения в частоту и к первому входу компаратора,

второй вход которого подключен к выходу делителя с дискретно управляемым коэффициентом передачи, первый и второй входы которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а шестой выход - к первым входам первого и второго счетчиков импульсов, причем выход источника опорного напряжения подключен к третьему входу

делителя напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к четвертому входу управляемого источника тока, первый выход генератора импульсов соединен с вторым входом второго счетчика импульсов, а второй выход - с вторым входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к второму входу первого счетчика импульсов, соединенного выходом с первым входом запоминающего

блока, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, а третий, четвертый и пятый его входы соединены соответственно с седьмым, восьмым и девятым выходами блока управления, при

этом выходы запоминающего блока подключены к входам вычислительного блока.

а et

в,

/i

/ i

n

f

1 i

i Г2 . т

t

9ue. I