Вакуумметр Советский патент 1993 года по МПК G01L21/24 

Изобретение относится к вакуумной технике, предназначено для точного измерения давления в диапазоне 10+3-10 12 мм рт.от. и может быть использовано для тарировки вакуумметров других типов в качестве эталонного.

Известны вакуумметры с вращающимся сферическим ротором, в которых используется зависимость коэффициента вязкости разреженного газа от давления.

Использование в них электростатического поля для подвеса сферического ротора резко снижает надежность работы .вакуумметра при давлении выше мм рт.ст. из-за электрических пробоев. Использование в вакуумметре металлического, ротора приводит к тому, что в нем находятся вихревые токи, приводящие к увеличению времени подготовки прибора к работе и снижению точности вакуумметра.

Прототипом предлагаемого технического решения является вакуумметр, который имеет корпус/статор подвеса в виде сердеч- ника соленоида, бесконтактно подвешенный сферический ротор, статор электродвигателя для раскрутки металлического ротора и устройство измерения скорости вращения ротора.

. В вакуумметре имеет место разогрев ротора вихревыми токами при его разгоне. В результате медленного охлаждения ротора время подготовки прибора к работе р ав- няется нескольким часам. При механических колебаниях соленоида изменяется магнитный поток в роторе, который вызывает вихрбвые токи в нем и приводит к его торможению и снижению точности вакуумметра. Система подвеса ротора, состоящая из соленоида с сердечником и демпфирующего устройства, содержащего стальную иглу, которая находится в баллоне с жидкостью, не позволяет работать при произвольных положениях прибора.

Целью изобретения является повышение точности прибора и улучшение удобства эксплуатации, а именно сокращение времени подготовки прибора к работе и обеспечение работы прибора в произвольных положениях.

Для достижения цели в вакуумметре, содержащем корпус с подводящими каналами, установленные в нем сферический ротор, узел подвеса ротора, статор электродвигателя раскрутки ротора и устройство измерения скорости вращения ротора, узел подвеса ротора выполнен в виде двух по крайней мере двухполюсных сердечников с обмотками, закрепленных одним концом на корпусе и расположенных напротив друг друга на одинаковом расстоянии от центра ротора по обе стороны от него, а статор электродвигателя раскрутки ротора выполнен в виде кольцевого сердечника, охватывающего ротор и установленного между двумя сердечниками узла подвеса на равном расстоянии от каждого из них,, причем в роторе выполнено сквозное осевое цилиндрическое отверстие, а на его поверхности перпендикулярно оси от0 верстия - выемки, размещенные равномерно по окружности напротив сердечника статора, причем подводящие каналы и отверстия ротора расположены соосно, а устройство измерения скорости-вращения

5 ротора выполнено в виде дополнительной обмотки, установленной в пазу выполненном на кольцевом сердечнике статора, при этом ротор-выполнен из феррита.

Анализ аналогичных устройств и уст0 ройств близкого назначения, проведенный по источникам патентной и научно-технической литературы, показал, что технические средства, отличающие заявляемое устройство от прототипа, влияют на достигаемый

5 результат и проявляют в заявляемой совокупности признаков новые свойства, что свидетельствует о наличии причинно-следственной связи между новыми признаками и положительным достигаемым результа0 том., На чертеже изображен предложенный вакуумметр в разрезе.

Вакуумметр содержит корпус 1, бесконтактно подвешенный сферический ротор 2,

5 статор электродвигателя 3 для раскрутки ротора устройство измерения скорости вращения ротора, в состав которого входит дополнительная катушка 4 на статоре электродвигателя. Подвес ротора осуществляет0 ся с помощью статора подвеса, изготовленного в виде двух многополюсных диаметрально расположенных сердечников 5 и 6, охватывающих симметрично сферический ротор. Катушки статоров подвеса обра5 зуют вместе с последовательно подключенными к ним емкостями резонансные контуры. На каждом статоре подвеса имеются по восемь резонансных контуров, Все они через электронное демпфирующее

0 устройство подключены к источнику питания частотой 6000 Гц.

Поскольку катушки размещены на полюсах ферритовых магнитопроводов, то их индуктивность зависит от положения рото5 ра в зазоре. Удаление ротора от какого-либо полюса с катушкой приводит к уменьшению индуктивности контура. В результате ток, потребляемый этим контуром, возрастает, увеличивается магнитный поток и, следовательно, сила притяжения ротора. В то же

время приближение ротора к противоположному полюсу другого- статора подвеса вы: ывэет увеличение индуктивности контура, уменьшение тока и силы притяжения ротора. Таким образом, разность сил, приложенных к ротору между противоположно расположенными полюсами, компенсирует си/у тяжести и внешнюю нагрузку, воздействующие на ротор.

На сферическом роторе 2 выполнено вр- ib проточек 7 равномерно расположен- jx в экваториальной зоне ротора, предназначенных для разгона ротора частотным методом. Кроме того, ротор имеет скЕозное отверстие, необходимое для выставки ротора в требуемом положении. Коce tных

л ество проточек на роторе равно числу полюсов статора электродвигателя, Созда- вае мое вращающее магнитное поле статора увгекает за собой ротор. Использование в ка -естве материала ротора феррита с повы- шейным удельным электрическим сопротивлением позволяет практически исключить

нэ1 рев ротора вихревыми токами. Как изве- стю, время готовности прибора к работе

pai

но времени раскрутки ротора и времени

переходного теплового процесса. Так как ротор при раскрутке не нагревается, то вре- мя|готовности прибора определяется только временем раскрутки ротора.

I Однако при использовании ферритово- го ротора возникает проблема раскрутки ротора, которая решаете путем выполнения на сферическом роторе проточек в количестве, кратном числу полюсов статора электродвигателя, равномерно расположенных в экваториальной зоне ротора и статора- электродвигателя, изготовленного в виДе сердечника, охватывающего ротор в области проточек ротора. Применен частотный метод раскрутки. Ротор имеет темную поверхность, что затрудняет измерение его скорости оптическим способом. Поэтому в паЈы статора уложена дополнительная обмотка устройства измерения скорости по изменению индукции в рабочем зазоре,

. При механических колебаниях вакуумметра в роторе не возникают вихревыетоки, приводящие к потере точности из-за его торможения.

Выполнение статоров подвеса в виде двух многополюсных диаметрально распо- ло сенных сердечников, охватывающих симметрично сферический ротор, улучшает эксплуатационные характеристики прибора, а именно позволяет работать вакуумметру при произвольных положениях прибора.

Устройство работает следующим образом. .

Сначала подается напряжение на статор подвеса. При этом осуществляется бесконтактный подвес ротора. Ось ротора направляется вдоль оси статора электродвигателя. Ориентация ротора вызвана взаимодействием магнитного поля статора подвеса с ротором, имеющим сквозное отверстие. Затем подается напряжение на статор электродвигателя, создающее вра: щающееся магнитное поле, увлекающее за собой-ротор. По достижении необходимой скорости вращения отключают электродвигатель. Давление газа, протекающего через прибор по трубкам 8, определяется по формуле

In N/Nc t -to

где No, об/с - скорость вращения ротора в момент времени to

N, об/с - скорость вращения ротора в

момент времени t;

К-коэффициент, зависящий от инерци- альных свойств ротора, а также от температуры и молекулярного-веса газа.

Скорость вращения ротора измеряется

катушкой 4, которая запитывается частотой, отличной от частоты электродвигателя и подвеса.

Испытания макетного образца показали, что переходный тепловой режим металлического ротора, взвешенного в магнитном поле, продолжается около 3,5 ч, а время раскрутки менее 10 мин. Поэтому использование ротора, изготовленного из феррита с повышенным удельным сопротивлением и имеющего проточки, позволяет уменьшить время готовности прибора к работе с 3 ч 40 мин до 10 мин, т.е. в 22 раза. Использование в качестве материала ротора феррита, у которого удельное электрическое сопротивление примерно в 10 раз больше, чем у металла, практически устраняет вихревые токи, приводящие к торможе- нию ротора и тем самым существенно повышает точность прибора.

Выполнение статоров подвеса в виде двух многополюсных диаметрально расположенных сердечников, охватывающих симметрично сферический ротор, улучшает эксплуатационные характеристики прибора, а именно позволяет работать вакуумметру при произвольных положениях прибора,

Формула изобретения Вакуумметр, содержащий корпус с подводящими каналами, установленные в нем сферический ротор, узел подвеса ротора, статор электродвигателя раскрутки ротора, и устройство измерения скорости вращения ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и улучшения удобства в эксплуатации, узел подвеса ротора выполнен в виде двух по крайней мере четырехполюсных сердечников с обмотками, закрепленных одним концом на корпусе и расположенных напротив друг Друга на одинаковом расстоянии oj центра ротора по обе стороны от него, а статор электродвигателя раскрутки ротора

выполнен в виде кольцевого сердечника, охватывающего ротор и установленного между двумя сердечниками узла подвеса на равном расстоянии от каждого из них. причем в роторе выполнено сквозное осевое цилиндрическое отверстие, а на его поверхности перпендикулярно оси отверстия - выемки, размещенные равномерно по окружности напротив сердечника статора, причем подводящие каналы и отверстие ротора расположены соосно, а устройство измерения частоты вращения ротора выполнено в виде дополнительной обмотки, установленной в пазу, выполненном на кольцевом сердечнике статора, при этом ротор выполнен из феррита.