Способ измерения неэлектрических величин электронно механическим преобразователем

51)5 С О 1 В 7/О ГОСУ ВЕДО (ГОСП ДЕТЕЛ ЬСТВ К РСКОМ НЕЭЛЕКТРИ- РОННО-МЕХАТЕЛЕМ к измерительтрическим изной,те мерен может раслях АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕСТВО СССРТЕНТ СССР) 6268/2807,9002,93. Бюл. М 5овное конструкторское бюро Научизводственного обьединения "Энербьединение "МЭЛЗ".Огнев, Г.С,Берлин, В,П.Хураськин и ляевичин А,М, Электрические измерения рических величин. М.: Госэнергоиз, с. 268.лин Г.С. Электронные приборы с меки управляемыми электродами, М.: я,с,10,(21) 4 7(57) Изнойте н ОСОБ ИЗМЕРЕНИЯВЕЛИЧИН ЭЛЕКТ ИМ ПРЕОБРАЗОВА бретение относится ике, а именно к эле бретение относится к измеритель- нике, а именно к электрическим изям неэлектрических величин, и ыть использовано в различных отромышленности, например вакуумборостроительной и т,д.мерительной технике известен споерения неэлектрических величин, щий нагружение упругого элемента ствие его непосредственно на преатель (контактный, реостатный, инй, емкостной), При этом способе еская величина, воздействуя на упемент, изменяет расстояние между ементами преобразования.статком этого способа является не- ость измерения малых перемещений, рототип выбран способ измерения ических величин в электронно-меВи соб иэ включа и возде образо дуктивн механи ругий э двумя э Нед возмож За неэлектмерениям неэлектрических величин (давлений, усилий, вибраций). Способ позволяет резко увеличить линейность характеристики тока анода 1 от расстояния между анодом и катодом, кроме того, зйачительно снижаются гистерезисные явления при измерениях неэлектрических величин, Способ измерения отличается тем, что упругий элемент перед воздействием на него незлектрической величины нагревают до рабочей температуры Тр и поддерживают эту температуру в течение всего"процесса измерения, определяют изменение расстояния между электродами, обусловленное нагревом и соответствующее ему приращение анодного тока, которого учитывают при определении контролируемой величины. 2 ил,ханических преобразователях, заключающийся в том, что неэлектрической величиной механически воздействуют на упругий элемент электромеханического преобразователя, изменяя расстояние связанного с упругим элементом подвижного электрода относительного неподвижного, и по величйне анодного тока определяют контролируемую величину.Способ измерения, взятый за прототип, имеет следующие недостатки.Диапазон измерения неэлектрической величины ограничен малым (не более 1 мм) расстоянием между электродами,При большем расстоянии нарушается стабильность измерения, резко нарушается линейность характеристики тока анода 4 от расстояния между анодом и катодом ( Ьб). Кроме того, на точность измерения влияетналичие механического гистерезиса, который может составлять 10 - 15 от максимального значения измеряемой величины,Целью изобретения является расширение диапазона измерения измеряемой величины с одновременным повышением точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изменения неэлектрической величины электронно-механическим преобразователем, заключающемся в том, что неэлектрической величиной механически воздействуют на упругий элемент электронно-механического и реобразовател, изменяя расстояние связанного с упругим элементом подвижного электрода относительно неподвижного, но и по величине анодного тока определяют контролируемую величину, упругий элемент.предварительно нагревают до рабочей теМпературы Тр, которую поддерживают в процессе измерения и определяют изменение расстояния ДЧЧ между электродами, обусловленное нагревом из соотношенияДЧЧ = (Ае ДО+аКГр - ТоЬ где Й - коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента;а - линейный коэффициент расширения материала упругого материала;1 - длина упругого элемента;Дд - расстояние между электродами и по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояние приращения анодного тока Я, а величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения.Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипатем; что расстояние между анодом и катбдом изменяют за счет нагрева гибкого элемента, что становится возможнымувеличить диапазон измерения неэлектрической величины, например давления, Это дбСтигается тем, что при малых условиях, подаваемых на упругий элемент (УЭ), и при максимальном расстоянии между анодом и . катодом, УЭ нагревают, снижая его жесткость и увеличивая его размеры (т.е, уменьшают межэлектродное расстояние). Это позволяет измерить более глубокий вакуум, т.е. расширить диапазон измерения за счет уменьшения нижнего предела измерений, Кроме того, заявляемый способ отличается от известного тем, что измерения проводят практически с отсутствием гистерезиса, при значительном значении измерительного усилия, что повышает чувствительность упругого элемента и благодаря этому значительно увеличивается точность измерения.Достигается возможность измерения болееглубокого вакуума и с большей точностью,Осуществление заявляемого способапоясняется с помощью устройства, представленного на фиг,1.На схеме изображено устройство, содержащее корпус 1 с штуцером 2 предварительного вакуумирования. Внутри корпуса 110 расположен сильфон 3 со штуцером замера4. Подвижный электрод 5 и неподвижныйэлектрод 6 находятся на расстоянии друг отдруга, которое зависит от измеряемого давления.15 Устройство установлено в термостате(не показан), что позволяет поддерживатьпостоянной температуру Тр.Корпус 1 изготовлен из кварцевого стекла, Упругий элемент изготовлен из матери 20 ала 36 НХТЮ толщиной 0,1 мм, диаметром16 мм, длиной 40 мм. Все остальные элементы (электроды 5,6) выполнены аналогичнымобразом, как и в серийных манотронах6 МДХ 1 Б, 6 МДХ 2 Б и т,д.25 Способ реализуют следующим образом.Через штуцер 2 внутренний объем корпуса вакуумируют до Р = 10 Па. Предельное измеряемое давление газов,подводимое к штуцеру 4, равно Р = (2 - 3)30 10 Па. Более низкий вакуум невозможнозамерить из-за недостаточной чувствительности сильфона и сравнительно большегорасстояния между электродами. Для расширения диапазона измерения перед воздей 35 ствием глубокого вакуума упругий элементв термостате постепенно нагревают до более высокой температуры, что температураокружающей среды, и эту температуру поддерживают постоянной в процессе измере 40 ния,При этом заранее рассчитано, что положение подвижного электрода относительнонеподвижного изменяется на ЖМ в зависимости от Тр по формуле45 ДЮ=(3 е Дб+ а 6)(Тр - То)где Ае = 3,9 10 вр,6 10 (для диа1 -61 О Спазона 20-200 С).Линейность изменения модуля упругости Ле (жесткости) от температуры известнакак теоретически, так и экспериментально изафиксирована конкретно для сильфонов аГОСТ 21482-76,Следует заметить, что характеристикагибких элементов (а именно, сильфона) впределах рабочего давления близка к ли нейной. Таким образом, исходя из линейныхпропорциональных зависимостей Р от До,1793 195 где 1 - сила, под действием которой гибкий элемент перемещается на расстояние ЛО.7 аким образом получается аналогичное с удлинением, где удлинение в зависимости от температуры Ь 1 =а(а - линейный коэффициент расширения материала;дли а).ак показали измерения, сильфон, наенный малым давлением, в диапазоне ератур до 100 С ведет себя практичеак брусок длиной . Измерения провона стандартном сильфоне длиной 80 иаметром 16 мм. Реально в механотых преобразователях (монотронах) ояние между подвижным и ненодвижэлектродами не измеряется; По пасым данным существуют зависимости б), Физически это представляет собой имость тока от расстояния между поным и неподвижным электр дами. Пед от токак расстоянию между родами М/можно провести с помощью ческих зависимостей,аким образом, расширение диапазона ения измеряемой величины происхоедующим образом. Берется монотрон ортными данными (известно( - длина она, прямая 1= (б). Например, моно МДХ 11 С и помещается в термастат арактеристика монотрона приведена г.2, Диапазон измеряемых давлений ится в пределах (6,7 10 з) - (1,4 10) Па 1060 мм рт,ст. В процессе работы кла необходимость измерить более изме дит с с пас силь трон на ф нахо (50 - возн Сдичизованеэлвоздно-мняяэлемтельнго твеличцельдиаппредвпераниеизме гру тем ски дил мм, рон расс ным порт зави дви рех алек граф ормула изобретения особ измерения неэлектрических веэлектронно-механическим преобраелем, заключающийся в том, что ктрической величиной механически ствуют на упругий элемент электронханического преобразователя, измеасстояние связанного с упругим нтом подвижного электрода относи- неподвижного,и по величине аноднока определяют контролируемую ну,отличающийся тем,что,с повышения точности. и расширения зона измерений, упругий элемент рительно нагревают до рабочей темры Тр, которую поддерживают в течероцесса измерения, определяют ение расстояния ЛЧЧ между электроглубокий вакуум. Работы проводились при температуре окружающей среды, равной 20 С. Для этого нагревают монотрон до Тр=80 ОС и термостатируют при этой темпера туре, При этом подвижный электрод сдвигается на ЛЧЧ, определяемой по приведенной формуле, где б - (паспортные данные) максимальное расстояние между электродами.По ЛЧЧопределяют 1 по графикам, Л 1(для 10 конкретного напряжения на аноде ОеВ).В связи с тем, что расстояние междуэлектродами уменьшилось на ЬЧЧ точка А поднимается над характеристикой на расстояние АГ и станет А 1 (см.фиг,2). Снимая 15 характеристики т,рмостатируемого монотрона, получим новую зависимость 1- (Р), которая будет находиться над известной зависимостью. Продолжая зависимость 1- =Г(Р) до пересечения с осью Р ползучим рас ширение диапазона до 1,33 10 (10 ммрт.ст.). Таким образом появилась возможностьрасширять диапазон измерения монотрона 25 с.6,7 10 Па. (50 мм рт,ст.) до 1,33 10 Па (10мм рт.ст.). Наибольший коэффициент получается при измерениях глубокого вакуума.Нагрев и термостатирование монотрона 6 МДХ 12 С при Тр = 80 С позволило изме рить вакуум с достаточной степенью достоверности, равной10 Па, Измерение такого глубокого вакуума было невозможным для такого тйпа приборов как отечественной конструкции, так и зарубежной.35 дами, обусловленное нагревом из соотношенияаа = (й Ьб+А 4 Т - Т )где Ле - коэффициент изменения жесткости материала упругого элемента;а- коэффициент линейного термического расширения:материала упругого элемента;Ьб - максимальное расстояние между электродами;1 - длина упругого элемента;То - температура окружающей среды по графическим зависимостям находят соответствующее этому изменению расстояния приращение анодного тока Ь 1, а величину анодного тока определяют с учетом найденного приращения./Ю Иаф Поф,ставитель В.Челяе хред М. Моргентал Корректор Н.Слободяник едактор Б.федо Заказ 493 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 и ГКНТ СС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101