Теплоэлектрический вакууметр Советский патент 1993 года по МПК G01L21/12 

ел

с

Использование: изобретение относится к вакуумметрам типа Пирани и позволяет повысить чувствительность прибора при измерении малых давлений. Сущность изобретения заключается в том. что вакуумметр дополнительно снабжен резистором тепловой компенсации третьим резистором, вторым усилителем и вторым умножителем напряжений. Использование второго умножителя для преобразования сигнала температурной компенсации в сигнал, задающий нагрев резистора тепловой компенсации, и размещение жидкости на элементе крепления чувствительного элемента позволяет обеспечить равенство температур резистора тепловой -.компенсации и чувствительного элемента и уменьшить постоянную составляющую тепловых потерь чувствительного элемента по элементам крепления, что обеспечивает увеличение чувствительности. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения давления газовых сред, в частности к приборам Пирани, основанным на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления и является дополнительным к авт.св. № 1599688.

В теплоэлектрическом вакуумметре по основной заявке чувствительный элемент включен последовательно с первым резистором между общим проводом и выходом усилителя, соединенным с первым входом аналогового умножителя напряжений, выход которого соединен с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с общей точкой первого резистора и чувствительного элемента. Резистор температурной компенсации в данном устройстве выполнен в виде цепочки из трех последовательно соединенных резисторов: постоянного, с линейкой и с квадратичной температурной

зависимостями со вторым резистором между общим проводом и выходом источника опорного напряжения, соединенным со вторым входом уплотнителя напряжений, причем общая точка резистора температурной компенсации и второго резистора, соединенная с третьим входом умножителя напряжений, и выход усилителя через сумматор связаны с индикатором. В данном устройстве обеспечивается режим постоянного перегрева чувствительного элемента по отношению к корпусу и его независимость от температуры последнего.

Недостатком устройства является пониженная чувствительность в области малых измеряемых давлений, обусловленная наличием тепловой связи чувствительного элемента с корпусом по элементам крепления и связанных с ней тепловых потерь чувствиXI00

о

CJ

VJ

00

N0

тельного элемента, не зависящих от измеряемого давления. .

Цель изобретения - повышение чувствительности в области малых измеряемых давлений путем уменьшения тепловых по- терь чувствительного элемента по элементам крепления.

Эта цель достигается тем, что в тепло- электрический вакуумметр, содержащий чувствительный элемент, включенный по- следовательно с первым резистором между общим проводом и выходом усилителя, соединенным с первым входом аналогового умножителя напряжений, выход которого соединен с первым входом усилителя, вто- рой вход которого соединен с общей точкой первого резистора и чувствительного элемента, резистор температурной компенсации, выполненный в виде цепочки из трех последовательно соединенных резисторов: постоянного, с линейной и квадратичной температурной зависимостями, включенный последовательно со вторым резистором между общим проводом и выходом источника опорного напряжения, соединен- ным со вторым входом умножителя напряжений, причем общая точка резистора температурной компенсации и второго резистора, соединенная с третьим входом умножителя напряжений, и выход усилителя через сумматор связаны с индикатором, дополнительно введены резистор тепловой компенсации, третий резистор, второй усилитель и второй аналоговый умножитель напряжений, при этом резистор тепловой компенсации включен последовательно с третьим резистором между общим проводом и выходом второго усилителя, который соединен с первым входом второго аналогового умножителя напряжений, подключен- ного выходом к первому входу второго усилителя, второй вход которого подсоединен к общей точке третьего резистора тепловой компенсации, при этом второй вход второго умножителя напряжений соединен с выходом источника опорного напряжения, а его третий вход с общей точкой второго резистора и резистора температурной компенсации.

На чертеже приведена схема тепло- электрического вакуумметра.

Теплоэлектрический вакуумметр содержит корпус 1 с расположенным на нем элементом 2 крепления чувствительного элемента 3, соединенного последовательно с первым резистором 4 между выходом усилителя 5 и общим проводом 6. Первый вход усилитоля 5 подключен к. точке соединения порього резистор -1 и чувствительного элемента 3. Ре пск:р 7 ю пергпурной компенсации состоит из трех последовательно соединенных резистооов: постоянного 8, с линейной 9 и квадратичной 10 температурными зависимостями и соединен последовательно со вторым резистором 11 общим проводом 6 и выходом источника 12 опорного напряжения. Резистор 13 тепловой компенсации размещен на элементе крепления 2 между корпусом 1 и чувствительным элементом 3 и соединен последовательно с третьим резистором 14 между общим проводом б и выходом второго усилителя 15. Выход усилителя 5 соединен с первым входом аналогового умножителя напряжений 16 и входом сумматора 17. Выход второго усилителя 15 соединен с первым входом второго аналогового умножителя напряжений 18. Выход источника 12 соединен со вторыми входами умножителей 16 и 18 напряжения. Общая точка второго резистора и резистора 7 температурной компенсации подключена к третьим входам умножителей 16 и 18 и ко второму входу сумматора 17, выход которого соединен с индикатором 19.

Теплоэлектрический вакуумметр работает следующим образом.

Выходное напряжение усилителя 5, определяющее нагрев и сопротивление чувствительного элемента 3, устанавливается таким образом, чтобы напряжение на его входах было равно:

Ui6 U5 R3/(R3 + R4), . (1)

где U 1б выходное напряжение умножителя 16;

Us - выходное напряжение усилителя 5;

R3 - сопротивление чувствительного элемента 3;

R4 - сопротивление резистора 4. Напряжение на резисторе 7 температурной компенсации и выходное напряжение усилителя 5 определяют выходное напряжение умножителя 16:

Uie Ui2 (R + Rn) Us/Ui2, (2)

где U12 - выходное напряжение источника опорного напряжения;

R и Rn - сопротивления резисторов 7 и 11 соответственно. Из(1) и (2) следует:

R7/(R7+Rii)R3/(R3+R4).

(3)

откуда сопротивление чувствительного элемента 3, устанавливающееся при нагреве, равно:

R3 R7-R4/Rn(4)

Выходное напряжение усилителя 15, определяющее нагрев и сопротивление резистора 13 тепловой компенсации, также зависит от сопротивления резистора 7 температурной компенсации. По аналогии с (1)- (4) сопротивление резистора 13 тепловой компенсации, устанавливающееся при нагреве, равно:

Ri3 R Ru/Rn,

где Ri4 - сопротивление резистора 14.

Из (4) и (5) следует, что при соответствующем выборе сопротивлений резисторов 4 и 14 разность температур чувствительного элемента 3 и резистора 13 тепловой компенсации может быть установлена и поддерживаться равной нулю во всем диапазоне рабочих температур устройства. При этом вследствие нагрева элемента крепления 2 резистором 13 тепловой компенсации до температуры чувствительного элемента 3 на участке элемента крепления 2 между чувствительным элементом 3 и резистором 13 тепловой компенсации образуется изотермическая зона и составляющая тепловых потерь чувствительного элемента 3 по элементу крепления 2 практически исключается, что сопровождается ростом относительной чувствительности S устройства, особенно в области малых измеряемых давлений. Покажем это. Выразим относительную чувствительность формулой:

S-(1/W.) -dWj/dP,

где W - суммарные тепловые потери чувствительного элемента 3;

Р - измеряемое давление.

Суммарные тепловые потери Л/Г складываются из потерь Wp за счет теплообме- на с газовой средой, зависящих от измеряемого давления и тепловых потерь Wp по элементам крепления, не зависящих от давления, т.е.

W Wp + Wo.

(7)

1.0 Тогда: S (1/(Wo + Wp)) d Wp/dP. (8) Из (8) следует, что значительное снижение Wo сопровождается повышением относительной чувствительности S устройства. Это подтверждает достижение положительно15 го эффекта.

Формула изобретения Теплоэлектричёский вакуумметр по авт.св. № 1599688,отличающийся тем,

20 что, с целью увеличения чувствительности в области малых измеряемых давлений, он дополнительно снабжен резистором тепловой компенсации, третьим резистором, вторым усилителем и вторым аналоговым

25 умножителем напряжений, при этом резистор тепловой компенсации включен последовательно с третьим резистором между общим проводом и выходом второго усилителя, который соединен с первым входом

30 второго аналогового умножителя напряжений, подключенного выходом к первому входу второго усилителя, .второй вход которого подсоединен к общей точке третьего резистора и резистора тепловой компенсации,

35 при этом второй вход второго умножителя напряжений соединен с выходом источника опорного напряжения, а его третий вход - с общей точкой второго резистора и резистора температурной компенсации.