Способ измерения давления газов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к вакуумной технике, может быть использовано для измерения давления газов в вакуумных объемах и позволяет производить измерение давления с точностью, близкой к точности образцовых приборов в диапазоне давлений 1 - 10<SP POS="POST">3</SP> Па. От вакуумированного объема, в котором производят измерение, отводят часть рабочего газа в оптически прозрачную стеклянную или кварцевую трубку 4 и возбуждают в ней высокочастотный газовый разряд с помощью индуктора 3, обвивающего оптически прозрачную трубку 4, по которому пропускают высокочастотный ток. Длина светящегося столба плазмы, равномерно заполняющего оптически прозрачную трубку 4, является величиной, зависящей от давления газа. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 L 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642864/10 (22) 20,12.88 (46) 15,07.91. Бюл. N 26 (71) Чечено-Ингушский государственный университет им. Л.Н. Толстого (72) В,Г. Белов и В.А, Иванов (53) 531.787(088.8) (56) Розанов Л,Н. Вакуумная техника. М.:

Высшая школа, 1982, с. 207, Радиофизическая электроника. Под ред. Капцова Н,А., М„Изд. МГУ, 1960, с. 561. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к вакуумной технике, может быть использовано для из„„. Ы„„1663463 А1 мерения давления газов в вакуумных объемах и позволяет производить измерение давления с точностью, близкой к точности образцовых приборов в диапазоне давлений 1-10 Па, от вакуумированного объема, 3 в котором производят измерение, отводят часть рабочего газа в оптически прозрачную стеклянную или кварцевую трубку 4 и возбуждают в ней высокочастотный газовый разряд с помощью индуктора 3, обвивающего оптически прозрачную трубку 4, по которому пропускают высокочастотный ток, Длина светящегося столба плазмы. равномерно заполняющего оптически прозрачную трубку 4, является величиной, зависящей от давления газа. 2 ил.

1663463

20 рро

4Я 2+ г2)3/2

Изобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано для из-. мерения низких давлений газов.

Целью изобретения является повышение точности измерения в диапазоне давлений от 1 Па до 10 Па, Цель достигается тем, что от вакуумированного объема, s котором производят измерения, отводят часть рабочего газа в стеклянную или кварцевую оптически прозрачную трубку с последующим возбуждением его высокочастотным электромагнитным полем. Для этого в некотором сечении трубки создают переменное магнитное поле с помощью индуктора из металлического проводника, обвивающего оптически прозрачную трубку, по которому пропускаt0T высокочастотный ток. Высокочастотный

foK создает переменное магнитное поле, индукция которого на оси равна где Рп, =-лR21- дипольный момент;

i — величина тока;

R — радиус индуктора;

r — расстояние от индуктора до точки, в которой определяется индукция магнитного поля; р — относительная магнитная проницаемость среды; р — магнитная постоянная;

Переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле Е, которое связано с напряженностью магнитного поля Й соотношением — Ф

4л+ е dE готН = — i+

С Cot

«де с — скорость света в вакууме; я — относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Под действием вихревого электрического поля Е зажигается и поддерживается высокочастотный газовый разряд, распостраняющийся от индуктора вдоль оптически прозрачной трубки на некоторое расстояние L, Длина светящегося столба L, заполняющего оптически прозрачную трубку, и является в предлагаемом способе величиной, зависящей от давления газа. Граница святящегося столба L обусловлена критическим значением величины электрического поля Е, способного при существующей длине свободного пробега электрона

А сообщить ему энергию, достаточную

1 для ионизации газа. Поскольку il. 1/P, то происходит увеличение длины светящегося столба L при уменьшении давления P и при фиксированной электрической мощности, подводимой к индуктору. По данному сНосо

6у измеряемой величиной является длина святящегося столба, которая пропорциональна изменению давления в оптически прозрачной трубке, запаянной с одного конца и соединенной другим концом с обьемом, в котором производят измерения, Формирование святящегося столба осуществляется индуктором, находящимся вне обьема этой трубки, и измерение давления в диапазоне от 1 Па до 10 Па осуществляется с з точностью, определяемой калибровочным прибором, Указанные пределы измерения давления газов связаны с тем, что кривая напряженности электрического поля, способного создавать высокочастотный разряд, немонотонно зависит от давления газа.

Минимум напряженности электрического поля приходится на диапазон давлений от 1

Па до 10 Па, что связано с характером двиз жения электронов, В указанном диапазоне

25 давлений осуществляется переход от диффузионного оежима движения электронов (Р-10 Па) к пролетному режиму движения электронов при низких давлениях порядка 1 Па. При давлении Р >10 Па уве30 личивается частота столкновения электронов с атомами газа, приводящая к уменьшению ионизационной способности электронов, т.е. к уменьшению длины светящегося столба. Увеличить длину светящего35 ся столба можно увеличением напряженности электрического поля, При давлениях Р<1 Па необходимо увеличивать амплитуду поля, что приведет к увеличению вероятности столкновения электрона с ато40 мами в условиях, когда частота столкновений электронов с атомами меньше частоты поля, Следовательно, оптимальным диапазоном применения способа измерения давления является диапазон давлений от 1

45 Па до 10 Па.

Пример. Измерение давления воздуха в диапазоне от 10 до 10 Па, согласно данному способу осуществляют с использованием стеклянной трубки длиной около 100 см и

50 внешним диаметром 10 мм и высокочастотного генератора, собранного на генераторной лампе ГУ вЂ” 29. В катушку колебательного контура генератора или индуктор, внутренний диаметр которого 12 мм, помещают стеклян55 ную трубку, один конец которой запаян, а второй подсоединен к вакуумированному обьему(фиг, 1). Рядом с трубкой помещают линейную шкалу, по которой производятизмерениедлины светящейся части трубки. Перед проведением измерений приводят калибровку шкалы

1663463 предлагаемого устройства термопарным вакууметром ВИТ вЂ” 2, погрешность измерения которого 30 g,, и U-образным масляным манометром, погрешность измерения которого 5, Потребляемая мощность генератора при калибровке шкалы устройства и при проведении измерений оставалась постоянной и составляла 42 Вт, Калибровочная зависимость длины светящегося столба Lo давления P приведена на фиг. 2 (сплошная линия). Длину светящегося столба L измеряют от середины индуктора до границы све. тящегося столба. Затем проводят измерения давления, значения которых сопоставляют с данными калибровочных приборов (1 измерение — 0; 2 измерение — 0; 3 измерение — h, фиг. 2). Перед каждым измерением систему откачки и устройство для измерения давления отключают и в вакуумированный обьем, в котором производят измерения, напускают воздух. Результаты измерений показали хорошее соответствие калибровочной зависимости с данными измерений (фиг, 2).

Градуировочная зависимость Р от (фиг. 2) имеет два линейных участка с изломом в области давлений 5-10 Па, который связан с характером взаимодействия электронов с атомами. Увеличение длины светящегося столба при уменьшении давления идет за счет увеличения длины свободного пробега электрона Я, на которой ионизирующий электрон увеличивает прирост энергии, С другой стороны от излома градуировочной зависимости передача энергии электрону от ВЧ-поля становится менее эффективна, так как часть времени на пути А электрон ускоряется, а другую часть времени — тормозится, На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для измерения давления газа по данному способу; на фиг. 2 — градуировочная, кривая устройства для измерения давления воздуха.

Устройство для измерения давления газов состоит из генератора 1, блока 2 питания, индуктора 3, оптически прозрачной трубки 4 и шкалы 5 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

5 С помощью генератора 1,.питание которого осуществляется от блока 2, в индукторе

3 наводится высокочастотное поле, возбуждающее в оптически прозрачной трубке 4 светящийся плазменный столб, длина кото10 рого измеряется с помощью шкалы 5.

Градуировка устройства производится по образцовому вакуумметру, Формула изобретения

1, Способ измерения давления газов, включающий возбуждение высокочастотного газового разряда внутри оптически прозрачной трубки, отличающийся тем, 20 что, с целью повышения точности измерения вдиапазонедавлений 1 — 10 Па, возбужз дают высокочастотный газовый разряд в виде цилиндрического плазменного столба при помощи высокочастотного индуктора, 25 измеряют длину плазменного столба. а давление газа определяют по предварительно полученной градуировочной зависимости длины плазменного столба от давления, 2. Устройство для измерения давления

30 газов, содержащее высокочастотный электромагнитный генератор и оптически прозрачную трубку, подсоединенную к вакуумному объему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изме35 рения в диапазоне давлений 1-10 Па, в него введены высокочастотный индикатор и шкала, градуированная в единицах длины, при этом высокочастотный индуктор выполнен в виде металлической спирали, обвива40 ющей оптически прозрачную трубку, запаянную с одного конца, другим концом, подсоединенную к вакуумному объему, причем шкала размещена параллельно оптически прозрачной трубке, а индуктор

45 соединен с высокочастотным электромагнитным генератором.

1663463

IG

IG

>

Составитель О,Полев

Редактор О;Спесивых Техред М,Моргентал Корректор Jl.Áåñêèä

Заказ 2259 Тираж 347 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101