Измеритель потоков кислорода Советский патент 1980 года по МПК H01G9/22 

Изобретение относится к области приборостроения. Известны измерители потоков, состоящие из измерительной полости и чувствительного элемента масс-спектрометра 1. Однако данные измерители имеют сложную и громоздкую конструкцию, обладают невысокой чувствительностью измерения и требуют специального обслуживания. Они теряют работоспособность при наличии динамических перегрузок и вибраций. Наиболее близким, по технической сущности к изобретению является измеритель по токов кислорода, выполненный в виде ,двух камер - наЬегающего потока и окружающей среды, разделенных перегородкой с размещенйыми по обе стороны от нее электродами, и содержащий систему снятия сигнала 2. Однако такое устройртво отличается низкой надежностью при динамических перегрузках и вибрациях, сложной и громоздкой конструкцией, влиянием различных компонент газовой смеси. На его работу оказывают влияние изменения температуры и активных компонент газа. Такие измерители имеют также невысокую чувствительность. Настройка, подготовка к работе сопряжены с определенными трудностями, так как в случае отсутствия потока необходимо правильно установить нулевой сигнал преобразователя, который даже в случае отсутствия потока будет изменяться в зависимости от давления окружающей среды. Данное устройство не позволяет определить направление потока, так как его показания будут одинаково возрастать, не меняя знак при изменении направления потока. Целью изобретения является повыщение надежности, точности измерений, упрощение конструкции и уменьшение размеров устройства. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве стенки камер и перегородка измерителя потоков кислорода выполнены монолитно из твердого электролита, а на наружной поверхности камер установлен нагреватель. На чертеже показан предлагаемый измеритель. Из меритель состоит из измерительной полости I, выполненной в виде двух камер, набегающего потока 2 и окружающей среды 3, соединенных между собой перегородкой 4, выполненной из твердого электролита, например, из двуокиси циркония, стабилизированной окисью кальция. На обеих сторонах перегородок 4 нанесены пористые электроды 5 и 6, например, из платины, соединенные с системой снятия сигнала (на чертеже не показана). Измерительная полость 1 установлена в корпусе 7 с державкой 8, через которую производится вывод токоподводов к электродам 5 и 6 и к нагревателю 9, установленному между корпусом 7 и наружной поверхностью измерительной полости 1. Работа измерителя заключается в следующем. При отсутствии потока кислорода на входе измернтельности полости, химический потенциал (или парциальное давление) кислорода у поверхности электрода 5 будет равным химическому потенциалу (парциальному давлению) кислорода у поверхности электрода 6-и ЭДС между электродами 5 и 6 будетравна нулю, согласно закону Нернста р Mob-Niit RT . - 4F - 4F где Л1о2, /ог и ог. Рог- химический потенциал и парциальное давление кислорода на электродах 6 и 5 соответственно. А так, как в случае стационарных условий, когда поток кислорода отсутствует МД Мог или Роа ог, то Е 0. Таким образом, видим, что при изменении параметров невозмущенной среды, т. е. когда отсутствуют кислорода, выходной сигнал измерителя равен нулю и не зависит от изменения параметров среды (температуры, давления, дополнительных компонент газовой смеси). Когда вход измерительной полости, например, камеры 2 набегаюц(его потока, взаимодействует с потоком кислорода, тогда Мог или -Ротбудет значительно выше М или POJ. и согласно закону Нерста на электродах преобразователя возникает ЭДС, рав ная разности химических потенциалов , p Mou-Moi рЛ --4F 4F Ро. а так как PQZопределяются потоком кислорода, падающим в измерительную полость, то можно записать, что р RT р м52 / --ф-р М где ,- поток кислорода, попадающий в камеру 2 набегающего потока; камеру 3 окружающей среды. В случае, когда Мог Woz.,ЭДС на электродах из:мерителя будет иметь противоположный знак, что говорит о изменении направления потока кислорода. Таким образом, знак ЭДС измерителя указывает на направление потока. Выполнение измерителя в виде измерительной полости из двух камер, соединенных перегородкой из твердого электролита, позволяет значительно упростить конструкцию и уменьщить размеры. Размеры измерителя составляют 3-4 мм в диаметре и менее, это позволяет изготавливать измерители потоков для исследования распределения потоков в различных вакуумных системах и аппаратах, которые на вносят юзмущение в измеряемый поток. Чем меньще размеры такого измерителя, тем меньще возмущения претерпевает измерительный поток и тем выще точность. С помощью данных измерителей можно сравнительно просто исследовать распределение потоков через различные сечения, отверстия. Измеритель, благодаря компактной конструкции, малым габаритам, простоте работы и иевозмущенности измеряемого потока с высокой точностью производит измерение потоков и их направления при исследовании верхней атмосферы и космического пространства. Данные измерители обладают высокой надежностью, так как в них отсутствуют такие элементы, как натянутые катоды, сетки, которые быстро выходят из строя в результате вибрации и динамических перегрузок, которые всегда присущи при проведении измерений с подвижных объектов. Предлагаемое устройство целесообразно использовать при исследовании распределения потоков кислорода в вакуумных системах, а также для измерения потоков при исследовании верхней атмосферы и космического пространства. Формула изобретения Измеритель потоков кислорода, выполнен ный в виде дбух камер - набегающего по- . тока и окружающей среды, разделенных перегородкой с размещенными по обе стороны, от нее электродами, и содержащий систему снятия сигнала, отличающийся тем, что с целью повыщения надежности, точности измерений, упрощения конструкции и умень- . шения размеров, стенки камер и перегородка выполнены монолитно из твердого электролита, а на наружной поверхности камер установлен нагреватель. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Применение масс-спектрометрической методики для определения нарицательных плотностей и температур компонент верхней атмосферы. Соков Н. А. и др. Труды ЦАО, вып. 61, М., 1965, с. 28-43. 2.Steckelmacher W. «The flow of rarefied gases in Vacuum SYstems and problems of standartization of measuring techniques ProcrSth Int. Vacuum Congr. «Kyoto 1974 Tokyo 1974, p. 117-125 (прототип).