Дифманометр Советский патент 1978 года по МПК G01L7/18 

мытие затрудняет идентификацию ахроматической поЛосы и снижает точность ее фиксации (совмещение с, маркой), что также вызывает появление погрешности. Наличие таких погрешностей ограничивает точность измерения разности давлений ве- 5 личиной порядка 1 мкм.

Предлагаемый манометр, с целью повышения точности и стабильности измерения, снабжен двумя расположенными соосно и над каждым коленом V-образной трубки кюветами, внутренние полости ю которых сообщены с наджидкостным пространством в противоположном колене V-образной трубки, причем длины путей света в кюветах равны длинам путей света в коленах V-образной трубки при равенстве давлений в них, и соединешюй через уси- 15 литель давления с источниками измеряемых давлений герметичной камерой, в которой размещен отсчетный интерферометр.

Это позволит полностью исключить влияние дисперсии показателя преломления газа на точность 20 измере1шя разности давлений и, кроме того, исключит необходимость расчета показателя преломления.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого дифманометра с двухлучевым отсчетным интерферометром; на фиг. 2 - вариант схемы дифманомет- jj pa с многолучевым отсчетным интерферометром.

Дифманометр состоит из заполненной рабочей жидкостью V-образиой трубки 1, колена которой 2 и 3 соединены с источниками измеряемых давлений, источника белого света 4, двухлучевого интерферо- зо метра по схеме Тваймана-Грина, состоящего из L светоделителя 5, поворотных зеркал 6 и 7 и подвижных отражателей 8 и 9, связанных с перемещающимися поверхностями жидкости в коленах трубки 1. Вдоль осей пучков света в плечах двухлучевого 35 интерферометра размещены кюветы 10 и II, длина пути света в которых равна длине пути света в коленах 2 и 3 и которые сообщаются с наджидкост. ным пространством в коленах 3 и 2 соответственно. С выходной оптической осью двухлучевого ин- 40 терферометра совмещена входная ось отсчетного интерферометра, который состоит из светоделителя 12, неподвижного зеркала 13 в одном плече интерферометра и подвижного зеркала 14 в другом плече. Подвижное зеркало закреплено на каретке 1545 микроскопа 16 со шкалой 17. Ось шкалы 17 параллельна направлению перемещения каретки 15 и перпендикулярна поверхности зеркала 14. Ось наблюдательной системы 18 совмещена с выходной .осью отсчетного интерферометра, отсчетный интер- 50 ферометр помещен в герметичную камеру 19, с которой соединен усилитель давления 20 с коэффициентом усиления К 0,5.

Прибор работает следующим образом. Разность уровней в коленах.2 и 3 трубки 1 при использо- 55 вании в качестве рабочей жидкости ртути численно равна измеряемой разности давлений PI и Pj в мм рт.ст. Усилитель давления 20 непрерывно поддерживает в-камере 19 давление исследуемого газа равным ,5(Pi + PI). Параллельный пучок бело-60

го света от источника 4 падает на светоделитель 5, часть пучка проходит через него, проходит через кювету 10, отражается от подвижного отражателя 8, снова проходит через кювету 10, и отразивщись от светоделителя 5, выходит из интерферометра. Вторая- часть пучка белого света, отраженная от светоделителя 5, проходит через кювету И, отражается от подвижного отражателя 9, снова пррходит через кювету 11 и, пройдя через светоделитель 5, интерферирует с первой частью пучка. Из двухлучевого интерферометра с подвижными отражателями 8 и 9 пучок света направляется в отсчет, ный интерфер(метр, где он вторично интерферирует и после выхода из отсчетного интерферометра направляется в наблюдательную систему 18.

При равенстве оптических разностей хода в двухлучевом и отсчетном интерферометрах в поле зрения наблюдательной системы 18 видна система интерференционных полос переналожения с ахроматической полосой, совмещенной с маркой.

Перед началом измерения уравнивают давлени газа в коленах 2 и 3 трубки 1 и, совмещая ахроматическую полосу в поле зрения наблюдательной системы 18 с маркой, добиваются равенства оптических разностей хода в двухлучевом и отсчетном интерферометрах. Затем при разности давлений Н в коленах 2 и 3 трубки 1 перемещением каретки 1 снова добиваются появления в поле зрения наблюдательной системы 18 ахроматической полосы и совмещают ее с маркой. Оптические разности хода в двухлучевом и отсчетном интерфзрометрах при этом равны. Разность давлений PI + Р (численно равная разности высот урювней ртути в коленах 2 и 3) отсчитывается по шкале 17 микроскопа 16.

Изменение оптической разности хода в двухлучевом интерферометре при изменении разности давлений от P2-Pi О до Рг-Pi Н равно

д нкн-п)пг-я,)(,)Чт1,-71,)-(Е,-ец)

где П) и пг - показатели преломлеьшя газа при давлениях Р, и Р соответственно;

По - показатель преломления газа в момент уравновешивания давлений (в начале измерения) .

Н - разность высот уровней ртути в коленах 2 и 3 трубки 1;

li и Ij - длина пути света в коленах 2 и 3 трубки 1;

1з и U- длина пути света в кюветах J и 11 соответственно.

Так как длина пути света в кюветах 10 и II выбрана равной длине пути света в колеиах 3 и 2 соответственно, т.е. 12 1з и

Д, Н (п, + nj).

Изменение оптической разности хода в отсчетном интерферометре равно Дг 2 Hfi ,

где и - перемещение каретки 15, .п - показатель преломления газа в камере 19

Так как оптические разности хода в двухлу-чейом и отсчетном интерферюметрах в начале ив конце измерения равны, то равны и их изменения

Д| А Следовательно,

.5

Т1, П

Так как коэффициент рефракции газа (п-1) очень высокой точностью пропорционален давлеию газа (при давлениях, меньших давления наыщенных паров), то есть п-1 а р, где а - коэф- ю ициент пропорциональности, зависящий от состаа газа и его температуры, то

I . . qpi Р2

2н-ар, - ар2,15

Таким образом, разность уровней ртути в коленах 2 и 3 (разность давлений Pi-Pj газа) равна перемещению каретки с микроскопом. При Н Н равенство оптических разностей хода в двухлучевом и отсчетном интерферометрах выполняется одно- 20 временно для всех длин волн, следовательно, влияние дисперсии показателя преломления на положение и форму ахроматической полосы исключается.

В варианте схемы предлагаемого двойного интерференционного манометра с многолучевым 25 отсчетным интерферометром (фиг. 2) исключаются светоделительное зеркало 12, неподвижное зеркало 13, подвижное 14, каретка 15, микроскоп 16 и шкала 17. Многолучевой отсчетньш интерферометр, например эталон Фабри-Перо 21, поме- 30 щен в камеру 19. Его входная оптическая ось совмещена с выходной осью двухлучевого интерферометра, а выходная - с входной оптической осью наблюдательной системы 18. Полосы переналожения в белом свете появляются в поле зрения 35 наблюдательной системы, если разность высот рту- , ти в коленах 2 и 3 трубки 1 кратна длине эталона Фабри-Перо 21.

Н КН

где Н - измеряемая разность высот уровней ртути.

Н- длина эталона Фабри-Перо,

К - коэффициент кратности. Таким образом, эталон Фабри-Перо 21 выполняет рол своеобразной шкалы с ценой деления, равной длине эталона.

В обоих вариантах предлагаемого устройства полностью компенсируется влияние дисперсии показателя преломления на положение и форму ахроматической полосы, что приводит к повыщенкю точности ее фиксации и в конечном счете к повыщению точности измерения разности высот уровней ртути в коленах манометра до 0,2-0,1 мкм, то есть в 5-10 раз.

Формула изобретения

Дифманометр, содержащий заполненную рабочей жидкостью V-образную трубку, интерферометрический преобразователь перемещения и отсчетный интерферометр, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и стабильности измерения, он снабжен двумя расположенными соосно и над каждым коленом у-образной труб ки кюветами, внутре1шие полости которых сообщены с наджидкостным пространством в противоположном колене V-образной трубки, причем длины путей света в кюветах равны длинам путей света в коленах V-образной трубки при равенстве давлений в них, и соединенной через усилитель давления с источниками измеряемых давлений герметичной камерой, в которой размещен отсчетньш интерферометр.

Источники информации, при11ятые во внимание при экспертизе:

1.Lean Terri-CTi. Weth-odes optLaus pour mesurer ta (vauteur de тпегсиге dur Tna-nornutis nouvftu wariOTnttve IrvtevjeretitC-et Revuu , i9S5,t.ae ,J t,c.29ftl.

2. Манометр с интерференционным отсчетом показаний Экспресс-информация, серия КИТ-1,41, ГНТК СССР, ВИНИТИ, выпуск 36. сентябрь 1959.