Магниторазрядный датчик давления Советский патент 1981 года по МПК G01L21/34 

(54) МАГНИТОРАЗРЯДНЫЙ ДАТЧЖ ДАВЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к датчикам для измерения давления в переменном по направлению и величине потока разреженного газа.

Известны магниторазрядные датчики давления, которые содержат осесиметричные катод и анод, расположенные во внутренней полости цилиндрического магнита, создающего осевое магнитное поле. В манометре магнетронного типа анод представляет собой открытый по торцам цилиндр. Катод выполнен в виде двух дисков, соединенных между собой стержнем, расположённым на оси анода. В датчике инверсно-магнетронного типа катод представляет собой цилиндр с закрытьвш торцами, через центральные отверстия в которых проходит стержневой, анод .

Общим признаком для известных датчиков является наличие плоских катодов, закрывающих разрядную камеру с анодного цилиндров и цилиндрического магнита, создающего продольное магнитное поле, причем этот магнит может слузкить одновременно одной из стенок разрядной камеры.

В известных манометрах разрядная камера соединяется с откачиваемьм объемом, в котором измеряют вакуум, каналами с малой проводимостью, что обуславливает значительную погрешность измерений из-за наличия собственного откачивающего действия манометра. Выполнить эти отверстия большего размера невозможно, так как нарушшотся условия существования разряда, поддержания определенного значения тока и его линейной зависимости от давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому магниторазрядный манометр открытого типа, содержащий цилиндрические, соосно укрепленные анод, катод и магнитную систему, прилегающую к катоду с противоположной от анода стоооны и выполненную В виде набора плоских магнитов, разделенных между собой шайбами из магнитомягкого материала и обращенных одноименными полюсами друг к другу Открытость манометра получена путем создания неоднородного поля и вы полнения анода в виде сетки, что поз волило получить при наличии собствен ного откачивающего действия манометр давление в разрядной камере, практически всегда равное давлению в откачиваемом объеме. Однако применение известного мано метра для определения динамического давления (плотност) потока разрежен ного газа, переменных по величине и направлению, сопряжено с высокой пог решностью измерений и зависимостью его показаний от ориентации. Это связано с тем, что в камере известного манометра давление создается не только падающим потоком, но и отраженным от стенок катода и каме ры потоком. Величина давления, созда ваемая отраженным потоком, зависит от ориентации датчика. При скосе (непараллельности) падающего потока с противоположной стороны катода образуется затененная зона с аэродинамическим разрежением, размеры которой зависят от размеров катода и величины угла скоса. Это связано с тем, что цилиндрический катод расположен несимметрично по отношению к вектору скорости потока. Величина давления в затененной зоне может отличаться на один-два порядка от падающего потока. Поэтому и показания манометра будут соответствовать давленизо потока газа, отличаницемуся от истинного. Целью изобретения является умень шение погрешности измерения давления (плотности) потока. Эта цель достигается тем, что в известном магниторазрядном датчике давления катод выполнен в виде диска, анод - в виде диска или полусфе ры, а магнитная система - в виде пластины из магнитопроводящего мате риала, снабженной полостями со стороны катода, в которых размещены постоянные магниты. На фиг, и 2 изображен предлагаем датчик давления. Датчик состоит из плоского катода J и сетчатого анода 2, размещенных взаимно параллельно. К катоду 1 прилегает магнитная система, включающая пластину, из магнитомягкого материала - магнитопровод 3, Магнитопровод имеет со стороны катода полости, в которых размещены плоские постоянные магниты 4, Глубина полостей равна высоте магнитов 4, Магнитная система образует в пространстве между катодом и анодом неоднородное магнитное поле, силовые линии 5 которого изображены кривыми. Анод 2 укреплен на сетчатых боковых опорах 6 и изолирован от катода J изоляторами 7. Сетчатые боковые опоры 6 прозрачны для потока газа. Датчик работает следующим образом, При подаче между катодом 1 и анодом 2 через ограничительное сопротивление высокого электрического напряжения между ними возникает электрический разряд, ток которого служит мерой давления газа. При низких давлениях разряд локализуется вблизи анода в кольцевых зонах, где соблюдается взаимная перпендикулярность электрического и магнитного полей. Электроны,осциллирующие вдоль силовых линий магнитного поля 5 и дрейфующие вокруг осей магнитов 4, движутся к аноду 2 лишь в результате редких ионизирующих столкновений с молекулами газа. Образовавшиеся положительные ионы ускоряются к катоду 1. Электроны, потерявшие часть оеоей энергии на ионизацию, начинают двигаться по новьм обратам, пока не попадают на анод 2. При достаточно низком давлении между катодом 1 .и анодом 2 возникает самостоятельный тлеющий разряд, в котором объемный заряд имеет отрицательный знак, столкновения электронов с молекулами газа редки и разрядный ток мал. С увеличением давления тлеющий разряд усиливается и имеет характерные части и малое сопротивление разрядного промежутка. Расстояние между катодом и анодом выбирается в зависимости от величины магнитного поля, питающего напряжения, и размеров магнита, С увеличениег этого расстояния диапазон измерений расширяется в сторону низкого давления. Датчик может представлять собой ячейку, магнитная система которой состоит из одного магнита, установленного на дне чашеобразного магнитопровода.

Такое выполнение катода, анода и магнитной системы .позволило создать плоскостную конструкцию датчика, что устранило экранирующие поток элементы. При перемещении потока разреженного газа вдоль электродов (катода и анода) частиць: газа пролетают сквозь камеру практически без отражения. Датчик работает в пролетном режиме. Плотность потока в камере изотропна и соответствует плотности падающего потока. Погрешность измерения в этом случае минимальна и значительна ниже чем у известного. Изменение направления потока в диапазоне iiBCP относительно оси датчика со стороны анода не сказьшается на величину«давления в камере, так как концентрация частиц газа практически не изменяется. Величина скоса потока не изменяет установившеесядавление в камере предлагаемого датчика.

Формула изобретения

Магниторазрядный датчик давления содержащий катод, сетчатый анод и магнитную систему, примыканмдую к катоду с противоположной от анода стороны, отличающийся тем, что, с делью уменьшения погрещности измерения давления, в катод выполнен в виде

диска, анод - в виде диска или.полусферы, а магнитная система - в виде пластины из магнитопроводящего материала, снабженной полостями со стороны катода, в которых размещены пос-

тоянные магниты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Лекк Дж. Измерение давления в вакуумных системах, М., J966, с. 122.

2. Авторское свидетельство СССР № 637749, кл. G OJ L 2J/34, J3.06.77 прототип).