Способ измерения неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления Советский патент 1977 года по МПК G01L11/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

щему электроду. Остальная область разрядного промежутка, так называемая, внешняя область, является пространством, в котором дрейфуютзаряды, образованные в чехле короны. Влияние давления газа на ток в этой области проявляется лишь процессами прилипания и отрыва электронов, зависимостями подвижностей электронов и ионов от давления, что оказьшает на ток гораздо меньшее влия1ше, чем процессы в чехле короны. Обычно чехол короны занимает незначительную часть всего разрядного промежутка, поэтому изменение давления газа сильно влияет на ток лишь в ограниченной области разряда. Во-вторых, при электрическом разряде между металлическими электродами в химически агрессивный или просто кислородосодержашей атмосфере наблюдается интенсивное окисление или химическое изменение поверхностей электродов. Поскольку состояние поверхности электродов влияет на параметры разряда, оно обуславливает также нестабильность показаний газоразрядных преобразователей.

Цель изобретения - повышеьше точности измерения давления газа при помоши газоразрядного преобразователя без усложнения процесса измерений. Это достигается тем, что электрический разряд возбуждают в промежутке, ограниченном диэлектриком, а за параметр, по которому судят о неэлектрической величине, принимают среднее время горения электрического разряда за период приложенного напряжения.

I Для осуществления способа в преобразователе, содержащем систему электродов, обеспечивающих однородное электрическое поле в межэлектродном промежутке, каждый из электродов отделен от

пространства, в котором производится измерение, слоем прилегающего к электроду диэлектрика, имеющего одинаковую толщину в межэлектродной областа. Диэлектрические слои на электродах могут быть вьшолнены из стекла.

По этому способу для измерения используется не коронньш разряд, а специфическая форма разряда в газовой полости, ограниченной диэлектриком при (pd) (pd) р-давление, d- длина разрядного промежутка.

Эта форма разряда характерна прежде всего тем, что область ионизационных процессов занимает все пространство разрядного промежутка, поэтому слабое изменение давления газа в промежутке вызьшает значительное изменение параметров разряда. Это достигается тем, что электроды преобразователя плоскопараллельные или цилиндрические соосные, но при этом соотношения между их геометрическими размерами таковы, что электрическое поле в межзлектродном промежутке однородное или близко к однородному. Этого легко достигнуть, выполнив их так, чтобы расстояние между электродами было намного меньше, чем линейные размеры электродов. Сами электроды отграничены от пространства, в котором измеряется давление, слоями диI электрика.

За параметр, по которому судят о давлении газа в разрядном промежутке, принято среднее время горения разряда за период приложенного напряжения. Это диктуется следующим. Средний за полупериод ток разряда зависит как от давления газа в разрядном промежутке, так и от геометрических факторов, например собственная рабочая емкость электродов преобразователя и их паразитная емкость. Величина собственной емкости зависит от

площади электродов, расстояния между ьшми, толщины диэлектрического покрытия ьи электродах и его диэлектрической проницаемости. Множество этих факторов не позволит создать преобразователь с идентичными показателями. В то же время

.среднее го репия разряда за полуперибд не зависит, например, от площади электродов и тем более от величины паразитной емкости. Поэтому использова1ше именно этого параметра разряда в качестве регистрируемой величины представляется наиболее

целесообразным. При этом, учитьшая, что на электроды преобразователя подается переменное напряжение, представляется легко вьшолнимой операция усреднения наблюдаемого времени горения разряда. Так, при подаче напряже шя промышленной

частоты (50 гц) за 1 сек измерения можно получить среднее время по 50 или 100 отсчетам. Это повышает точность измерения.

Для реализации предлагаемого способа необхоДИМ новый тип преобразователя, основное отличие , которого заключается в наличии диэлектрического покрытия на электродах. Это покрытие в сочетании с физическими условиями в разрядном промежутке (произведетше давления газа па длину разрядного

промежутка) обеспечивает соответствие формы разряда в промежутке, необходимой для осуществления способа. Покрытие на электродах преобразователя должно сочетать хорошие диэлектрические качества с высокой химической инертностью. Поэтому в качестве электродного покрытия применяют стекло, химическая инертность которого общеизвестна. Для обеспечения равномерности зажигания разряда во всем разрядном промежутке необходимо, чтобы слой диэлектрика на

электроде имел равную толщину, при этом не. обязательно, чтобы толщина покрытия на одном электроде равнялась толщине покрытия на другом. Поскольку параметры разряда зависят от произведения давления газа - р на длину разрядного

промежутка - d, то предлагаемым способом, кроме дзвления газа, можно измерять перемещерше, расстояние между электродными покрытиями, вьшолнив, например, один из электродов подвижным и кинематически связав его с объектом, перемещение

которого подлежит измерению.

На фиг. 1 изображены графики тока и времени горения разряда в промежутке, ограниченном диэлектриком при приложении переменного синусоидального напряжения; на фиг. 2 - электродная

система предлагаемого преобразователя с плоскими электродами: на фиг. 3 - то же, с цилиндрическими соосными электродами: на фиг. 4 - пример графического построения характеристики преобразователя: на фиг. 5 - осциллограммы тока разряда преобразователя: на фиг. 6 - градуировочная характеристика, полученная экспериментально.

Для измерения, например, давления газа по предлагаемому способу на электроды 1 преобразователя {фиг. 2, 3) подают через последовательно включенный активный резистор 2 переменное синусоидальное напряжение. Величину напряжения выбирают такой, чтобы в разрядном промежутке преобразователя каждый полупериод напряжения возникал самостоятельный газовый разряд. Сигнал с резистора 2 подают на регистрирующий прибор, которым фиксируют сре нее время горения разряда за полупериод. В качестве такого прибора может быть использован осциллограф. Усреднение времени горения достигается тем, что при включении непрерьтной развертки луч осциллографа многократно в единицу времени отмечает время горения, а наблюдаемая линия на экране является фактически усредненной. Это не единственный метод усреднения и регистрации времени горения. Возможно

преобразование времени горения в электрический сигнал и затем измерение этого сигнала обычным стрелочным электроизмерительным прибором.

Осциллограмма тока разряда состоит из двух синусоид (фиг. 1). По этой осциллограмме измеряется отрезок между началом зажигания разряда (точка а ) и концом полупериода, когда разряд гаснет (точка 5 )

Преобразователь имеет конфигурацию

электродов 1 (фиг. 2 и 3). Преобразователь на фиг. 2 с плоскими электродами 1, а на фиг. 3-е коаксиальными. Металлические электроды 1 нанесены на поверхности плоских диэлектрических пластинок 3 (фиг. 2) или трубок 3 (фиг. 3). Между пластинами или трубками газоразрядный промежуток 4. Один из электродов 1 соединяется с источником переменного напряжения непосредственно, а второй - через резистор 2, например 50-200 ком. Выходной сигнал преобразователя снимается с резистора 2.

Для перевода величины времени горения разряда в величину давления строится характеристика преобразователя, методика построения которой показана на фиг. 4. Кривая 1 - это зависимость пробивного напряжения и газа от pd , или давления(кривая Пашена). Кривая П представляет собой

величину

и

U,

где и - амплитудное значение поданного на преобразователь переменного напряжения. Кривая Ш представляет зависимость времени горения разряда дЬ от величины 1 .

At 0,02(0,25--- ад«1п(-|-1)

Кривая 1У - искомая характеристика преобразователя, т. е. зависимость времени горения разряда At от jod - Ее точки получаются от пересечения вертикальных Iлиний с правой ветви кривой 1 с линиями последовательного переноса соответствующих точек кривой 1 на кривую Ц, а затем на кривые Ш и 1У.

Как видно из примера, показанного на фиг. 4 для U 500 В, характеристика преобразователя достаточна линейна.

Предлагаемый способ проверен в лабораторных условиях при измерении давления азота в закрытой камере. Давление менялось от 30 до 230 тор и контролировалось мембранным вакуумметром с ценой деления

4 тор. На электроды 1 преобразователя подавалось переменное синусоидальное напряжение 1800 в. Длительность горения разряда за полупериод измерялась по экрану Осциллографа. Полученные осциллограммы для нескольких давлений приведены на фиг. 5.

Преобразователь имеет плоские электроды 1 площадью 7 см . Диэлектрическим покрытием на каждом электроде 1 служит стекло толщиной 1,0 мм. Длина разрядного промежутка 0,26 мм.

Полученная характеристика преобразователя показана на фиг. 6.

Предлагаемый способ измерения давления газа и других неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления основаны на изученных закономерностях I электрического разряда в промежутке, ограниченном диэлектриком. Его использование приведет к возможности достаточно точного измерения, например, давления газа в диапазоне нескольких тор с помощью электроразрядного преобразователя, который прост по устройству, технологичен, обладает необходимой стабильностью показаний и пригоден для работы в химически агрессивных средах.

Формула изобретения

1. Способ измерен неэлектрических величин, например, давления газа, заключающийся в том, что на электроды тфеобразователя подают переменное напряжение с амплитудой, обеспечивающей возникновение в межэпектродном пространстве электрического разряда, по параметру которого судят о значении неэлектрической величины, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности без усложнения процесса измерений, электрический разряд возбуждают в промежутке, ограниченном диэлектриком. а за параметр, по которому судят о неэлектрической величине, принимают среднее время горекия эт е причыпкого разряда за пер од прилокенного напряжения.

2.Преобразователь для осуществления спсооба по п. 1, содержащий систему электродов, обеспечивающих однородное электрическое поле в межэлектродном промежутке, отличающийся тем, ЧТОБ нем каждьшиз электродов отделен от пространства, в котором производится измерение, слоем прилегающего к электроду диэлектрика, имеющего одинаковую толщину в межэлектродной области.

3.Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что в нем диэлектрические слои на электродах выполнены из стекла.

,/7/7////у/:

//////лг // /

/:/// /

7

К регистр.

d

1 npuffoBu

2

Фиг.2 S а 5 Фиг. 1

К регистр, прибору

К источнику напряжение

иг.З Времл Времл

0,006

0,005

I

Ч 0,00l

I

I 0,003

I 0,002

4)

- I 0,0Oi

I

P(rop)

О 20 tO 60 80 100 120 iSO iffO 200

Фиг. 6

Лабление азота