Вакуумметр Советский патент 1980 года по МПК G01L21/34 

1

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности, к магниторазрядным вакуумметрам.

Известные магниторазрядные вакуумметры содержат датчик, резистор, усилитель и высоковольтный выпрямитель 1. Измерение вакуума осуществляется путем определения разрядного ионного тока.

К их недостаткам следует отнести ограниченный предел измерения вакуума. При измерении низкого вакуума величину ионного тока ограничивает резистор, и при дальнейшем понижении вакуума ток в цепи датчика перестает изменяться, т. е. наступает насыщение датчика, что ограничивает нижний предел измерения вакуума. При измерении высокого вакуума ионный ток уменьшается с увеличением вакуума, а затем исчезает. Минимальный ток, при котором еще существует тлеющий разряд в датчике, определяет верхний предел измерения вакуума при определенном разрядном напряжении.

Близким по технической сущности к предлагаемому вакуумметру является вакуумметр, содержащий магнитный электроразрядный манометрический датчик, высоковольтный выпрямитель, балластное сопротивление в анодной цепи датчика, измеритель разрядного тока, нелинейные сопротивления, например варисторы, которые вклю5 чены в анодную цепь датчика 2.

В данном устройстве мерой давления является разрядный ток датчика. В цепь высоковольтного питания включены балластное и нелинейное сопротивления, которые ограничивают максимальный ток датчика.

о Величина измеряемого вакуума в нижних пределах ограничивается током насыщения в цепи датчика. Верхний предел измерения вакуума ограничивается величиной минимального разрядного тока. При повыщении ваку. J ума ток уменьщается, и существующий тлеющий разряд в датчике затухает. Для его поддержания необходимо увеличить напряжение, что позволило бы сдвинуть область измерений в сторону более высокого или низкого вакуума, но не расщирить предел из

20 мерений.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона измерения вакуума. Указанная цель достигается тем, что известный вакуумметр, содержащий усилитель. измерительный прибор и высоковольтный выпрямитель, соединенный через балластное сопротивление с электроразрядным манометрическим датчиком, снабжен источником опорного напряжения и резистивным мостом, одно из плеч которого соединено с выходом источника опорного напряжения, а в противоположное плечо включено балластное сопротивление, при этом смежное плечо моста через усилитель подключено ко входу управляемого высоковольтного выпрямителя, а измерительный прибор выполнен в виде вольтметра, подключенного параллельно датчику давления. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - семейство характеристик зависимостей разрядного напряжения от величинь вакуума при различных значениях тока. Устройство содержит управляемый высоковольтный выпрямитель 1, магнитный электроразрядный датчик 2, измеритель напряжения 3, усилительное устройство 4, источник опорного напряжения 5, резистивный мост 6, который выполнен на сопротивлениях 7, 8, 9, 10. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения с выхода управляемого высоковольтного выпрямителя 1 на датчик 2 через балластное сопротивление 7 в датчике 2 возникает разрядный ионный ток, который создает падение напряжения на сопротивлении 7. Одновременно на сопротивление 9 с выхода источника опорного напряжения 5 подается стабилизированное напряжение. Напряжение сопротивлений 7 и 9 сравнивается, и сигнал разбаланса снимается с сопротивления 10 и подается на вход усилительного устройства 4. Когда напряжения на сопротивлениях 7 и 9 равны, сигнал разбаланса на сопротивлении 10 равен 0. При изменении величины вакуума в датчике 2 изменяется величина разрядного тока, следовательно, и величина напряжения на сопротивлении 7. При этом на сопротивлении 10 появляется напряжение разбаланса, которое подается на вход усилительного устройства 4, в котором сигнал усиливается, преобразуется и подается на вход управляемого высоковольтного выпрямителя 1. Выходное напряжение управляемого высоковольтного выпрямителя 1 изменяется, разрядный ток в датчике 2 принимает первоначальную величину, а выходное напряжение принимает новое установившееся значение. Величина разрядного тока задается путем выбора определенной величины стабилизированного опорного напряжения.

С изменением вакуума в датчике 2 величина разрядного напряжения изменяется от нуля до максимальной величины, на которую расчитана электрическая прочность изоляции вакуумметра. Разрядный ток в датчике 2 поддерживается постоянным, каждельная величина выходного напряжения выбирается с учетом электрической прочности изоляции устройства. Тем самым предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измерения вакуума как в нижних, так и в верхних пределах.

Обладая более широким диапазоном измерения вакуума, предлагаемое устройство может заменить несколько приборов, использующихся для измерения вакуума.

Формула изобретения

Вакуумметр, содержащий усилитель, магнитный электроразрядный датчик давления. дому значению величины вакуума соответствует определенная величина разрядного напряжения. Зависимость разрядного напряжения от величины вакуума при неизменном разрядном токе можно представить в следующем виде: и 1-г, + l-rj, где и - выходное напряжение управляемого высоковольтного выпрямителя 1; I - разрядный ток; г, -сопротивление датчика 2; г г- сопротивление балластного резистора 7. Произведение I-r - величина постоянная, т. к. ток в цепи датчика 2 при изменении величины вакуума поддерживается постоянным, и величина балластного сопротивления 7 также остается неизменной. В произведении -г ток также не изменяется с изменением величины вакуума, а сопротивление датчика 2 является функцией вакуума, следовательно, выходное напряжение управляемого высоковольтного выпрямителя 1 также является функцией вакуума U f(p). Эта зависимость однозначна, т. е. для конкретного датчика 2 каждому значению величины вакуума соответствует определенная величина выходного напряжения управляемого высоковольтного выпрямителя 1, что отображено на фиг. 2. Кривая 11 зависимости разрядного напряжения от величины вакуума снята при разрядном токе 120 мкА, кривая 12 - при токе 60 мкА, кривая 13 - при токе 30 мкА, кривая 14 - при токе 20 мкА, кривая 15 - при токе 10 мкА. Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измерения вакуума в сторону повышения давления, т. к. при повышении давления не наступает насыщения в цепи датчика 2, поскольку каждому значению давления соответствует определенное напряжение управляемого высоковольтного выпрямителя 1. Кроме того, при понижении давления существующий тлеющий разряд не затухает т. к. автоматически поддерживается определенная величина разрядного тока путем изменения выходного напряжения управляемого высоковольтного вьшря.мителя 1. Пре