Способ измерения вакуума Советский патент 1982 года по МПК G01L21/12 

Изобретение относится к контрольно-изкюрительной технике и может быть использовано для измерения низких давлений газовой среды в объектах, где температура существенно отличается от комнатной или переменна.

Известен способ измерения вакуума Пирани, котор 1й использует зависимость температуры нагреваемого током резистивного термочувствительного элемента от интенсивности рассеивания тепла последним в газовую среду.. Интенсивность рассеивания тепла определяется давлением и температурой исследуемой среды Ш.

Наиболее близким является способ измерения вакуума, основанный на перегреве электрическим током термочувствительного резистора термоэлектрического датчика относительно газовой среды и измерении пронормированного времени охлаждения термочувствительного резистора после выключения перегревающего тока 2.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения, связанная с тем, что на начгшьном участке охлаждения,скорость процесса определяется.переходными характеристиками .

Цель изобретения - увеличение точности измерений за счет исключения влияния начального нерегулярного процесса охлаждения термоэлектрода.

Указанная цель достигается тем, что Предварительно определяют начальный отрезок времени процесса неустановившегося теплообмена с газом, а отсчет времени охлаждения начинают

to спустя указанный отрезок времени.

Термоэлектрод представляет собой, например, тонкую проволоку диаметром 0,01-0,05 мм или спираль, размещенную непосредственно в измеряемом

15 объеме или корпусе датчика, соединенном с исследуемым объемом. Нагрев осуществляется, например, пропусканием тока от стандартной зарядной линии, формирующей П-образный им20пульс.

На начальном (нерегулярном) отрезке времени охлаждения термоэлектрода зависимость его температуры

25 от времени определяется выражением (для случая, когда термозлектрои представляет собой металлическую проволоку)

-5Ак 51и(1С )ехр(,г), 1

30

где t - разность температур между тюверхностью термоэлектрода и виегиней стенкой (распределением температуры по сечению термоэлектрода пренебрегаем) ; К 1,2,3...; АК.- константа, определяемая начальным распределением температуры по длине «термоэлектрода; f и Т - соответственно текущая длина, отсчитываемая от одного из концов термоэлектрода длиной L и время; Чк - функция теплоотдачи с боковой поверхности термоэлектрода; к - сложная функция температуропроводности термоэлектрода, теплоотдачи с боковой поверхности и тепловых сопротивлений его концов. Только в регулярном режиме охлаждения, на который процесс охлаждения выходит с течением времени, всеми членами в выражении () можно пренебречь и температура описывается простым соотношением имеющим {для случая жестко термостатированных торцов) вид

-AK%S1(Tcf).g. -|УГ(2)

где а и С - соответственно температуропроводность и объемная теплоемкость проволочного электрода;R - радиус; L - длина; Сд и С - параметры, характеризукяяие теплоотдачу за счет теплопроводности и излучения с боковой поверхности.

Переписав выражение в квадратных скобках с учетЬм С jt с Р (Р - давление ) д- .

- v mtcp

получаем, что (вpeмяi за которое проволочный электрод охлсшсдается в t раз) есть линейная функция давления. Это дает возможность при реализации способа измерять время за которое в регулярном режиме электрод охлаждается в число раз, кратное , и определять давление по предварительно полученной линейной характеристике l/T f(Р). Длительность нерегулярного начального участка,начиная с которого следует проводить отсчет времени охлаждения в t раз, легко определить предварительно по отклонению зависимости f (Т) от прямой.

Экспериментальные измерения показывают, что за время начального нерегулярного участка проволочный термоэлектрод диаметром 0,05 мм охлаждается примерно в С раз. Использование этого участка для вычисления разряжения приводит к ошибке более 10%.

Из формулы (2) следует, что время, за которое температура меняется Q В заданное количество раз, не зависит от абсолютной величины электросопротивления термоэлектрода и погрешности, связанные с влиянием отжига, воздействия агрессивных оста, точных газов, ионизирующего излучения, и т.д., исключены.

Стационарные (постоянные) в течение времени измерения, составлякяцего, например, несколько секунд, искажения температуры по длине термоэлектрода также принципиально не влияют на измерения.

Эти особенности позволяют прово дить измерения, в частности при высоких температурах и в агрессивных 5 остаточных газах и существенно уве личить ресурс датчика, точность измерений и их скорость.

Формула изобретения

0 Способ измерения вакуума, основанный на перегреве электрическим током термочувствительного резистора теплоэлектрического датчика относительно газовой среды и измерении

5 пронормированного времени охлаждения термочувствительного резистора после выключения перегревающего тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, предварительно определяют начальный отрезок времени процесса неустановившегося теплообмена с газом, а отсчет времени охлсокдения начинают спустя указанный отрезок времени.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3580081, НК 73-399, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 0 №641288, кл. G 01 Ь 21/12, 1977

(прототип).