Способ измерения давления и устройство для его осуществления

 

Изобретение может использоваться в вакуумной технике при измерении давления разряженных газов. Вследствие использования реверсируемого злектротеплового преобразователя , а также выделения переменной составляющей сигнала теплозлектрического преобразователя, синхронной с реверсированием электропроводного преобразователя демодуляцией обеспечивается возможность использования высокочувствительного полупроводникового теплоэлектрического преобразователя , дрейф нуля которого не оказывает влияния на результат измерения . Избирательное усилие в сочетании с синхронной демодуляцией позволяет выделить полезный сигнал фиксированной частоты, даже если уровень лежит § ниже уровня помех. Это позволяет повысить чувствительность и помехоусСЛ тойчивость при измерении давления. 2 с. п. и 1 3.п,ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 4 Г 01 ? 21 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3773039/24-10 (22) 13.07.84 (46) 07.12.86. Бюл. ¹ 45 (71) Омский завод электрических точных приборов "Электроточприбор" (72) 10. С. Мальцев (53) 531.781(088.8) (56) Востров Г. А., Розанов Л, Н, Вакуумметры, — М.: Машиностроение, 1967, с. 60.

Авторское свидетельство СССР № 544882, кл. G Ol L 21/34, 1977. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУНЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может использоваться в вакуумной технике при измерении давления разряженных газов.

Вследствие использования реверсиру-. емого электротеплового преобразователя, а также выделения переменной составляющей сигнала теплоэлектрического преобразователя, синхронной с реверсированием электропроводного преобразователя демодуляцией обеспечивается возможность использования высокочувствительного полупроводникового теплоэлектрического преобразователя, дрейф нуля которого не оказывает влияния на результат измерения. Избирательное усилие в сочетании с синхронной демодуляцией позволяет выделить полезный сигнал фиксированной частоты, даже если уровень лежит ниже уровня помех. Это позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость при измерении давления.

2 с.п. и 1 з,п.й-лы 2 ил.

1275240

Изобретение относится к технике измерения давления газов, и может быть использовано з вакуумной технике при измерении давления разряжен.ных газов.

Целью изобретения являе зся повышение чувствительности и помехоустойчивости при измерении давления газа.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения давления; на фиг. 2— то же, в котором использован синхронный детектор.

Устройство для измерения давления состоит из корпуса 1, в котором расположены реверсивный электротепловой преобразователь 2 и теплоэлектрический преобразователь 3, выход которого соединен с входом блока 4 выделения переменной составляющей электрического сигнала теллоэлектрического преобразователя, Измерительный прибор 5 предназначен для измерения переменной сос" àâëÿþùåé сигнала.

Цепь питания реверсивного электротеплового преобразователя 2 соединена с выходом источника 6 питания переменного тока. Рабочая поверхность 7 реверсивного электротеплового преобразователя 2 находится в тепловом контакте с теплоэлектрическим преобразователем 3, Теплоотводящая поверхность 8 реверсивного электротеплового преобразователя 2 находится в тепловом контакте с теплопроводным корпусом 1, но электрически изолирована от него диэлектрической пластиной 9, Выход теплоэлектрического преобразователя 3 соединен с входом блока

4, выход которого соединен с . зходом измерительного прибора 5.

Корпус l может быть выполнен из теплопроводного материала, например из металла, имеет патрубок 10 для подсоединения к вакуумной системе, давление в которой измеряется, В качестве реверсивного электротеплового преобразователя может быть использован стандартный термоэлектрический элемент Пельтье, термоэлектрический элемент Нернста-Эттингсгаузена или анизотропный термоэлеменг.

В качестве теплоэлектрического преобразователя 3 может быть использован один из стандартных преобра5

ЗО

50 зователей температуры в электрический сигнал — термопара, термистор, терморезистор.

В случае использования в качестве теплоэлектрического преобразователя термопары один из ее спаев (горячий спай ) имеет тепловой контакт с рабочей поверхностью 7 реверсивного электротеплового преобразователя 2 (например, приклеен теплопроводным клеем). Выводы второго спая термопары служат выходом термоэлектрического преобразователя 4, В случае использования в качестве теплоэлектрического преобразователя

3 термистора (термореэистора) он включается в мостовую измерительную схему, одна из диа.-оналей которой подключается к источнику питания постоянного тока, а другая служит выходом теплоэлектриче кого преобразователя. Такая схема включения термистора является стандартной.

Выводы реверсивного электротеплового преобразователя 2 и теплоэлектрического преобразователя 3 выведены из корпуса с помощью герметичных вводов, выполненных по одной из стандартных конструктивных схем.

Блок 4 выделения переменной составляющей электрического сигнала может быть выполнен в виде трансформатора, одна из обмоток которого (первичная) служит входом блока 4, а вторая — его выходом. Число витков обмоток трансформатора может быть выбрано так, чтобы трансформатор был повышающим.. При необходимости значительного усиления сигнала блок 4 может быть снабжен с тандартным усилителем, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а выход служит выходом блока 4, Блок

4 может быть выполнен также в виде избирательного (узкополосного) усилителя переменного тока.

В качестве измерительного прибора 5 может быть использован стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на средневыпрямленное значение входного электрического сигнала °

В качестве измерительного прибора

5 может быть использован также стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на среднеквадратичное значение входного сигнала, например, вольтметр гипа В3-46, Ф584.

1275240

k сТт„-т,) где P

Т -т

kI Вых

45 или

kI

К

С Р

КХ„Я3.п u t выл СР

В качестве измерительного прибора

5 может быть использован стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на размах колебаний входного сигнала, например для этих целей 5 может быть использован осциллограф.

В качестве источника 6 питания может быть использован стандартный генератор переменного синусоидального напряжения или стандартныи гене- 1О ратор двухполярных прямоугольных импульсов.

При использовании для реализации предлагаемого способа измерения давления синхронного детектирования уст-15 ройство (фиг. 2) дополнительно содержит синхронный детектор ll включенный между выходом блока выделения переменной составляющей сигнала и входом измерительного прибора 5, в качестве которого может быть исполь.зован вольтметр постоянного тока.

При этом управляющий вход синхронного детектора 11 соединен с источником

6 питания переменного тока.

Измерение давления осуществляют следующим образом.

Патрубок 13 корпуса 1 подключают к вакуумной системе, давление в которой необходимо измерить. 30

Электротепловой преобразователь

2, питаемый от источника 6 питания переменного тока, циклически реверсируется, т.е. в течение одной полуволны питающего напряжения рабочая поверхность электротеплового преобразователя 2 разогревается относительно температуры среды, а в течение второй полуволны охлаждается. Воздействие перепада температур на тепло- щ электрический преобразователь 3 приводит к появлению на его выходе термоЭДС, знак которой также изменяется синхронно с изменением знака питающего напряжения.

Переменная составляющая сигнала теплоэлектрического преобразователя 3 выделяется блоком 4 и поступает на вход измерительного прибора 5, который измеряет один из параметров 50 переменной составляющей — средневыпрямленное значение, среднеквадратичное значение, амплитудное значение или размах колебаний в зависимости от конкретного выполнения измеритель-55 ного прибора.

При уменьшении давления в корпусе .1 теплопроводность среды уменьшается, температура электротеплового преобразователя 2 получает дополнительное приращение, пропорциональное изменению давления среды. Причем в течение одной полуволны питающего напряжения температура электротеплового преобразователя 2 получает приращение со знаком плюс, а в течение второй полуволны — со знаком минус. Соответственно изменяются параметры переменной составляющей электрического сигнала на выходе блока 4 — амплитуда, размах, средневыпрямленное и среднеквадратичное значение, Таким образом, каждому значению давления соответствуют определенные показания измерительного прибора 5.

В тепловом манометре связь между мощностью, выделяемой в электротепловом преобразователе и измеряемым давлением, выражается в виде: значение измеряемого давления; мощность, выделяемая электротепловым преобразователем (k — коэффициент Пельтье, I — ток, протекающий по электротепловому преобразователю; постоянная; разность температур между электротепловым преобразователем и окружающей средой.

Выходной сигнал Е8, теплоэлектрического преобразователя пропорционален разности температур T -То, поэтому можно записать

Для случая выполнения источника

6 питания в виде генератора переменного тока или синусоидальной формы можно записать где I — амплитуда тока; — частота тока.

75240

E пы Е,„ -п т э

2 К„

Ещ ср. кв

Таким образом, для определения давления может быть использовано средство измерения, реагирующее на средневыпрямленное, среднеквадратичное, амплитудное значения выходного сигнала теплоэлектрического преобразователя, либо на размах колебаний выходного сигнала.

В предлагаемом способе и реализующих его устройствах вследствие использования реверсируемого электротеплового преобразователя, а также вследствие выделения переменной составляющей сигнала теплоэлектрическо. го преобразователя и синхронной с реверсированием электротеплового преобразователя демодуляцией обеспечивается возможность использования высокочувствительного полупроводникового теплоэлектрического преобразо"

5 12

Так как мощность, выделяемая в электротепловом преобразователе 2, изменяется по синусоидальному закону, то температура его рабочей по" верхности также изменяется по синусоидальному закону, поэтому и выходной сигнал теплоэлектрического преобразователя 3 также изменяется в рассматриваемом случае по синусоидальному закону. где E — амплитуда выходного сигнала, Следовательно, значение измеряемого давления можно определить но амплитуде Е или по размаху 2Е выходного сигнала теплоэлектрического преобразователя. Кроме того, значение измеряемого давления может быть определено rro средневыпрямленному значению выходного сигнала, равному (для синусоидальной формы сигнала) или среднеквадратичному значению

Аналогичные выражения могут быть записаны и для случая выполнения источника 6 питания в виде генератора напряжения прямоугольной формы либо какой-либо другой формы кривой. Эти выражения отличаются от приведенных вьппе только значениями постоянных коэффициентов, 5

40 вателя, дрейф нуля которого, представляющий собой медленно изменяющийся (по сравнению с частотой реверсирования электротеплового преобразователя) сигнал постоянного тока, не оказывает влияния на результат измерения, так как этот сигнал не передается блоком выделения переменной составляющей и не попадает на выход устройства.

Вследствие возможности использования в блоке 4 узкополосного усилителя переменного тока, а также применения демодулятора, работающего синхронно с частотой реверсирования электротеплового преобразователя, обеспечивается возможность подавлять собственные шумы теплоэлектрического преобразователя и помехи постоянного и переменного тока. Избирательное (узкополосное) усилие в сочетании с синхронной демодуляцией позволяет выделить полезный сигнал фиксированной частоты даже в том случае, если его уровень лежит ниже уровня помех. Это позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость при измерении давления.

Согласно предлагаемому способу в течение одной половины цикла измерения температура среды увеличивается, а в течение второй половины цикла измерения уменьшается, т.е. интегральное значение теплового воздействия измерительной системы на среду равно нулю или близко к нулю. Это дает возможность дополнительно увеличить чувствительность за счет увеличения мощности электротеплового преобразователя„

Формула изобретения

1. Способ измерения давления, включающий воздействие тепловым потоком на теплоэлектрический преобразователь, помещенный в газовую среду, и измерение его электрического сигнала, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности и помехоустойчивости, тепловой поток циклически реверсируют, а давление газовой среды определяют по переменной составляющей сигнала теплоэлектрического преобразователя.

2. Устройство для измерения давления, содержащее подключенный к источнику питания электротепловой

7 12 преобразователь и установленный в контакте с ним теплоэлектрический преобразователь, помещенные в газовую среду, а также измерительный .,прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения чувствительности и помехоустойчивости, в не

ro введен блок выделения переменной составляющей электрического сигнала, электротепловой преобразователь выполнен реверсируемым, а источник питания — в виде генератора переменного напряжения, при этом выход теплоэлектрического преобразователя сое1

75240 динен с последовательно включенными блоком выделения переменной составляющей электрического сигнала и измерительным прибором.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введен синхронный демодулятор, при этом выход блока выделения переменной составляющей сиг-!

О нала соединен с входом синхронного демодулятора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора, а выход — с входом измерительного прибора.

1275240

Составитель А. Зосимов

Редактор Н. Марголина Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ 6551/31

Тираж 778 Подписное

BHHHIlH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4