Способ измерения неэлектрических величин электронно-механическим преобразователем Советский патент 1993 года по МПК G01B7/02 

наличие механического гистерезиса, который может составлять 10-15% от максимального значения измеряемой величины.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения измеряемой величины с одновременным повышением точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изменения неэлектрической величины электронно-механическим преобразователем, заключающемся в том, что неэлектрической величиной механически воздействуют на упругий элемент электронно-механического преобразователя,, изменяя расстояние связанного с упругим элементом подвижного электрода относительно неподвижного, но и по величине анодного тока определяют контролируемую величину, упругий элемент1 предварительно нагревают до рабочей температуры Тр, которую поддерживают в процессе измерения и определяют изменение расстояния Д W между электродами, обусловленное нагревом из соотношения

AW (Ae FP-TO), где АЕ - коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента;

а - линейный коэффициент расширения материала упругого материала;

I - длина упругого элемента;

Ad - расстояние между электродами и по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояние приращения анодного тока AJ, a величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что расстояние между анодом и катодом изменяют за счет нагрева гибкого элемента, что становится возможным увеличить диапазон измерения неэлектри- ческой величины, например давления. Это достигается тем, что при малых условиях, подаваемых на упругий элемент (УЭ), и при максимальном расстоянии между анодом и катодом, УЭ нагревают, снижая его жесткость и увеличивая его размеры (т.е. уменьшают межэлектродное расстояние). Это позволяет измерить более глубокий вакуум, т.е. расширить диапазон измерения за счет уменьшения нижнего предела измерений. Кроме того, заявляемый способ отличается от известного тем, что измерения проводят практически с отсутствием гистерезиса, при значительном значении измерительного усилия, что повышает чувствительность упругого элемента и благодаря этому значительно увеличивается точность измерения. Достигается возможность измерения более глубокого вакуума и с большей точностью. Осуществление заявляемого способа

поясняется с помощью устройства, представленного на фиг.1.

На схеме изображено устройство, содержащее корпус 1 с штуцером 2 предварительного вакуумирования. Внутри корпуса 1

расположен сильфон 3 со штуцером замера 4. Подвижный электрод 5 и неподвижный электрод б находятся на расстоянии друг от друга, которое зависит от измеряемого давления.

Устройство установлено в термостате (не показан), что позволяет поддерживать постоянной температуру Тр.

Корпус 1 изготовлен из кварцевого стекла. Упругий элемент изготовлен из материала 36 НХТЮ толщиной 0,1 мм, диаметром 16мм, Длиной 40 мм. Все остальные элементы (электроды 5,6) выполнены аналогичным образом, как и в серийных манотронах 6МДХ1Б,6МДХ2Бит.д.

Способ реализуют следующим образом. Через штуцер 2 внутренний объем корпуса вакуумируют до Р Па. Предельное измеряемое давление газов, подводимое к штуцеру 4, равно Р (2 - 3)

«Ю Па. Более низкий вакуум невозможно замерить из-за недостаточной чувствительности сильфона и сравнительно большего расстояния между электродами. Для расширения диапазона измерения перед воздействием глубокого вакуума упругий элемент в термостате постепенно нагревают до более высокой температуры, что температура окружающей среды, и эту температуру поддерживают постоянной в процессе измерения.

При этом заранее рассчитано, что положение подвижного электрода относительно неподвижного изменяется на AW в зависимости от Тр по формуле

AW (AE Ad+ at ЈХТр-То)

где АЕ 3,9-10 , (для диапазона 20-200°С).

Линейность изменения модуля упругости АЕ (жесткости) от температуры известна как теоретически, так и экспериментально и зафиксирована конкретно для сильфонов а ГОСТ 21482-76.

Следует заметить, что характеристика гибких элементов (а-именно, сильфона) в пределах рабочего давления близка к линейной. Таким образом, исходя из линейных пропорциональных зависимостей F от Ad,

где Ј - сила, под действием которой гибкий элемент перемещается на расстояние Ad. Таким образом получается аналогичное с удлинением, где удлинение в зависимости от температуры Alt at I (ctt -линейный коэффициент расширения материала; I длин

груя

тем г

ски

дил

мм,

рон

расе

ным

порт

r f

зави

).

ак показали измерения, сильфон, нанный малым давлением, в диапазоне

ратур до 100°С ведет себя практиче-

к брусок длиной I. Измерения провона стандартном сильфоне длиной 80

иаметром 16 мм. Реально в механотых преобразователях (монотронах)

ояние между подвижным и неподвиж-

электродами не измеряется. По пасым данным существуют зависимости

). Физически это представляет собой

имость тока от расстояния между подвия ным и неподвижным электродами. Пе- рехсд от тока 1 к расстоянию между

одами W можно провести с помощью ческих зависимостей, ким образом, расширение диапазона ения измеряемой величины происхо- 25 едующим образом. Берется монотрон ортными данными (известно-С- длина она, прямая I ). Например, моно- МДХ11C и помещается в термостат. . рактеристика монотрона приведена 30 г.2. Диапазон измеряемых давлений ится в пределах (6,7 ,4 105) Па 1060 мм рт.ст. В процессе работы кла необходимость измерить более

35

глубокий вакуум. Работы проводились при температуре окружающей среды, равной 20°С. Для этого нагревают монотрон до ТР - 80.°С и термостзтируют при этой температуре. При этом подвижный электрод сдвигается на , определяемой по приведенной формуле, где d - (паспортные данные) максимальное расстояние между электродами. По Д W определяют I по графикам, Л 1(для конкретного напряжения на аноде Ua 16B). В связи с тем, что расстояние между электродами уменьшилось на AW точка А поднимается над характеристикой на расстояние АГи станет А (см.фиг.2). Снимая характеристики тормостатируемого монотрона, получим новую зависимость I - f(P). которая будет находиться над известной зависимостью. Продолжая зависимость f - f(P) до перэсечения с осью Р получим расширение диапазона до 1,33-10 (10 мм рт.ст.).

Таким образом появилась возможность расширять диапазон измерения монотронз с 6,7-103 Па. (50 мм рт.ст.) до 1.33-103 Па (10 мм рт.ст.). Наибольший коэффициент получается при измерениях глубокого вакуума. Нагрев и термостатирование монотрона 6МДХ12С при Тр 80°С позволило измерить вакуум с достаточной степенью достоверности, равной 1 Па. Измерение такого глубокого вакуума было невозможным для такого типа приборов как отечественной конструкции, так и зарубежной.

ормулаизобретения юсоб измерения неэлектрических веэлектронно-механическим преобра- елем, заключающийся в том, что ктрической величиной механически йствуют на упругий элемент электрон- ханического преобразователя, изме- асстояние связанного с упругим нтом подвижного электрода относи- ) неподвижного.и по величине анодно- ка определяют контролируемую 1ну, отличающийся тем, что, с

повышения точности и расширения зона измерений, упругий элемент зрительно нагревают до рабочей тем- фы Тр, которую поддерживают в течероцесса измерения, определяют ениЈ расстояния A W между электродами, обусловленное нагревом из соотношения

AW (Ae Ad+ &40V-Te)« где АЕ - коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента;

at- коэффициент линейного термического расширения; материала упругого элемента;

Ad - максимальное расстояние между электродами;

I - длина упругого элемента;

Т0 - температура окружающей среды по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояния приращение анодного тока А Г, а величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения.

si

/

t,x-if a f-/o 2W

г

/ fer

N/Vi

Фиг1

6-to

f/p

//fff/7a