Теплоэлектрический вакуумметр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 101281 (21) 3363936/18-10 51)М Кп з С 01 1 21/10 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71 ) Заявитель 4) ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВАКУУМИ риборам, в частам, иизмере- нной Иэ измер ности может нии н точно.р р акуум- . кий акжеет бретение относится к ющии низкие давления к тепловым вакууммет быть использовано пр эких давлений с повыш тью. Йэвестны теплоэлектрические вакуумметры, работа которых основана на изменении теплопроводности газа в зависимости от давления. Нап име известен теплоэлектрический вметр, содержащий манометричеспреобразователь, мостовую измерительную схему, генератор - усилитель и 15 регистрирующий прибор, присоединенный через переменный резистор кманометрическому преобразователю. Последовательно с регистрирующим прибором включен постоянный резистор, па раллельно которому подключена цепочка из соединенных последовательно источника постоянного напряжения и дополнительного переменного резистора 11.Работа вакуумметра основана на йз" ;менении теплопроводности газа в зависимости от давления (степени ва-куума) и изменении в связи с этим подаваемой мощности для поддержания заданного сопротивления,Недостатком этого вакуумметра является большая погрешность измерения при изменении температуры окружающей среды, так как в конструкции нет компенсационного датчика. Нелинейность градуировочной характеристики. сказывается на уменьшении точности в требуемом диапазоне измерения, особенно при применении в системе автоматического регулирования,Чувствительность известного вакуумметра недостаточно высока в большей степени на низком ваСууме, так как сопротивление цепочки последовательно соединенных диодного выпрямителя, ре.гистрирующего прибора, постоянного резистора и параллельно подключен-; ного к нему переменного резистора и источника является постоянным для данного режима настройки, это т шунтирует преобразователь и вед к снижению точности измерения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является теплоэлектрический вакуумметр, содержа" щий источник питания и датчики сопротивления .- измерительный и компен сационный, каждый из которых включен в одно из плеч моста, причем для.обеспечения компенсации внешней средыодин из датчиков сопротивления помещен в корпус, из которого откачан воздух, а другой датчик соединен с измеряемым объемом. Два другие плеча моста образованы омическими сопротивлениями 1 2.Наличие компенсационного датчика (термопреобразователя) дает уменьшение погрешности от изменения внешней температуры при равенстве значения давлений в измерительном и компенсационном датчиках (термопреобразова-. телях).Недостатком известного вакуумметра является то, что схема компенсации работает удовлетворительно только в том случае, когда давление в измерительном и компенсационном датчиках примерно одинаковое, При различных давлениях эта схема не обеспе"ивает удовлетворительной компенсации и вакуумметр обладает значительной температурной погрешностью, которая очень велика при большой разности давлений вследствие того, то сопротивления измерительного и компенсационного датчиков различны и влияниетемпературы по-разному сказывается на изменении сопротивления.Кроме того, известный теплозлектрический вакуумметр обладает низкой чувствительностью, особенно при измерении давления в верхнем пределе относительно высокие давления), и с 102 О 75 не позволяет смещать диапазон измерений в ту или иную сторону, а также лианеризовать градуировочную характе- ристику.Поддержание давления в известном вакуумметре, а именно в компенсационном датчике, постоянным является сложной задачей. если компенсацион Оный датчик откачан до давления, близкого к измеряемому, то это увеличивает точность измерения. Но в этом случае компенсация происходит лишь вблизи равенства давлений. В случае отклонения давления в измерительнойкамере от давления в компенсационнойкамере точность измерения значительноуменьшается. Поддерживать давлениев компенсационной камере на постоянном 5 Оуровне является сложной задачей, так как возможно натекание газа извне.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет компенсации температурной погрешности и увеличе" ния чувствительности.5Эта цель достигается тем, что известный теплоэлектрический вакуумметр снабжен дифференциальным усилителем, транзистором, в эмиттерную цепь которого включен переменный резистор, и дополнительной цепочкой иэ двух попарно параллельно соединенных диодов и резисторов с последовательно включенным постоянным резистором, при этом входы дифференциального 65 усилителя подключены к измерительной диагонали моста, а выход его подключен к базе транзистора, коллектор которого соединен с одним иэ выводов измерительного датчика сопротивления, подключенного к питающей диагонали моста, вывод переменного резистора подключен к точке соединения выводов. двух датчиков сопротивления, а дополнительная цепочка включена параллельно переменному резистору, причем регистрирующий прибор подключен к точке измерительной диагонали моста, с которой соединены плечи с резисторами, и к точкам попарного соединения резисторов и диодов дополнительной цепочки.На чертеже представлена принципиальйая схема теплоэлектрического вакуумметра.Вакуумметр содержит измерительный 1 и эталонныйкомпенсационный) 2 термопреобразователи в виде датчиков сопротивления, помещенные в корпуса 3 и 4 из теплоправодящего материала и соединенные между собой пластиной 5 также из теплопроводнсго материала. Термопреобразователи 1 и 2 включены в плечи измерительной мостовой схемы, состоящей из собственно термопреобразователей 1, и постоянных резисторов б, 7. Вакуумметр содержит резисторы 8 и 9, регистрирующий прибор .10. Вакуумметр снабжен дифференциальным усилителем 11, транзистором 12 и цепочкой из двух попарно параллельно соединенных диодов 13, 14 и резисторов 15,16. Входы дифференциального усилителя 11 подключены к диагонали мостовой схемы, на которой размещены точка соединения термолреобразователей 1 и 2 и точка соединения постоянных резисторов б и 7, а выход его подключен к базе транзистора 12, кол- . лектор которого соединен с одним иэ выводов измерительного термопреобразователя 1, эмиттер транзистора 12 соединен с переменным 8 и постоянНым резистором 9.Второй вывод переменного резистора 8 подключен к точке соединения двух термопреобраэователей 1 и 2, а дополнительная цепочка и постоянный резистор 9 подключены параллель" но переменному резистору 8, регистрирующий прибор 0 подключен ко второй точке упомянутой диагонали мостовой схемы и к точкам попарного соединения резисторов 15, 1 б и диодов 13, 14 цепочки.Устройство работает следующим образом.В диагональ моста, образованную точками соединения постоянных резис-, торов б, 7 и термопреобразователей 1, 2, подают напряжение от посто- . янного источника постоянного напряжения, Дифференциальный усилитель11 поддерживает нулевую разницу напряжений в диагонали, т,е, сопротивление термопреобразователя 1, при помощи транзистора 12, переменного сопротивления 8, постоянного сопротивления 9 и дополнительной цепочкиодинаково с сопротивлением термопреобразователя 2, Изменение внешнейтемпературы не сказывается на точность измерения, так как термопре Ообразователи 1 и 2 находятся в одинаковых" условиях и относительное изменение характеристик одного из термопреобраэователей измерительного)компенсируется за счет того, что 5оба термопреобразователя соединенытеплопроводящей пластиной 5. Напряжение термопреобразователей 1 поддерживается постоянным и температураего не возрастает за счет поддержания нулевого потенциала на входедифференциального усилителя 11 ишунтирования транзистором 12, резисторами 8 и 9 и дополнительнойцепочкой,Ъ начальный момент вакуумметркалибруется на нулевые показанияпри атмосферном давлении путем изменения резисторов б и 7, для этогоможет быть предусмотрен в схеме(ва чертеже указан пунктиром) резис- ЗОтор, включенный в качестве делителянапряжения последовательно с резисФторами б и 7, подвижный контакткоторого подключен ко входу дифференциального усилителя 11. 35Изменение давления в корпусе 3вызывает изменение сопротивлениятермопреобразователя 1, а дифференциальный усилитель поддерживает сопротивление плеч, в которые включены 4 Отермопреобраэователи 1 и 2, одинаковым за счет шунтирования термопреобраэователя 1 транзистором 12, последовательно с которыми включены резисторы 8, 9 и дополнительная цепочка.После этого вакуумметр градуируется.В диапазоне низкого вакуума дифференциальное сопротивление диодов13 и 14 дополнительной цепочки велико и общее сопротивление, шунтирующее термопреобразователь 1, также велико. Малому изменению сопротивления термопреобразователя 1,которое достаточно мало, соответствует значительное изменение общегосопротивления, а значит и напряжениямиизмеряемого регистрирующим прибором10, а следовательно, н большая чувствительность, Для теплового преобразователя в диапазоне низких давлений (от 5 до бО мм рт.ст.) чувстви- Отельвость к изменению давления мала.Введение в конструкцию вакуумметрадифференциального усилителя 11, транзистора 12 и дополнительной цепочкипозволило увеличить чувствительность:5 его в диапазоне низкого вакуума, а следовательно, и точность измерений.Изменяя сопротивление переменного резистора 8, изменяем чувствитель.- ность вакуумметра в диапазоне низкого вакуума. Резистором 8 задается положение ограничения чувствительности. Когда сопротивление резистора 8 максимально, чувствительность вакуумметра в диапазоне низкого вакуума значительно повышается и становится малой в диапазоне высокого вакуума.При дальнейшем повышении вакуума происходит дальнейшее увеличение шунтирования термопреобраэователя 1 и рост напряжения на диодах 13 и 14, Их дифференциальное сопротивление начинает уменьшаться, что ведет к уменьшению чувствительности в диапазоне высокого вакуума. Когда со.противление резистора 8 уменьшают, дифференциальное сопротивление диодов 13 и 14 начинает уменьшаться при большой степени вакуума. Положением движка на резисторе 8 можно вы-. бирать необходимый .диапазон измерения, а также. компенсировать технологический разброс термопреобразователя и деталей вакуумметра. Кроме того, выбирая номиналы резистора 8 и номиналы резисторов 15 и 1 б, а также диодов 13 и 14, можем лианезировать градуировочную характеристику вакуумметра в нужном диапазоне давлений. Например, уменьшением сопротивления резисторов 15 и 16 увеличивает чувствительность в диапазоне средних давлений, так как в этом случае сопротивление резисторов становится одного порядка с сопротивлением диодов.Таким образом, при изменении давления в корпусе 4 сопротивление ,термопреобраэователя 2 начинает расти иэ-за уменьшения теплопроводнос-. ти газа. Это выэынает разбаланс моста и термопреобразователей. Сигнал разбаланса, усиленный дифференциальным усилителем 11, управляет работой транзистора 12 таким образом, что сопротивление термопреобразователя 2 остается постоянным. Сигнал; пропорциональный давлению, снимается с резистора, усиливается масштабным усилителем с регулируеьим коэффициентом усиления и поступает на выход прибора 10. Так как преобразователь. работает в режиме постоянной темпе- ратуры, товозможна работа с агрес-; сивными газами без отключения градуировочной характеристики.Подключение регистрирующего прибора к точкам соединения двух диодов и к одной из диагоналей моста позволило исключить температурные погрешности чувствительности, так как сопротивление диодов изменяется одинаково .с изменением температуры998883,Формула изобретения Составитель О. ПолевЛазаренко Техред А.Бабинец Корректор Ю. Макарен едактор Пкомитета СССи открытийушская наб.,аказ 1142/64 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рисн 4/ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и эта погрешность будет компенсироваться.Опытные образцы теплового вакуумметра были испытаны на установке осаждения диэлектрических пленок под низким давлением. Тепловой вакуумметр применяется в качестве измерителя давления в автоматической системе регулирования давления в диапазоне 1,33-133 Па. Применение предлагаемого вакуумметра позволило увеличить выход годных на 0,1 на операции получения низкотемпературного нитрида кремния за счет более точного (в десять раз) поддержания давления. Теплоэлектрический вакуумметр, содержащий измерительный и компенсационный датчики сопротивления, включенные в смежные плечи измерительно" го моста, в другие плечи которого включены резисторы, источн: к питания и регистрирующий прибор, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет компенсации температурной погрешности и увеличения чувствительности, он снабжен дифференциальным усилителем,транзистором, в эмиттерную цепь которого включен переменный резистор, идополнительной цепочкой из двух попарно параллельно соединенных диодов и резисторов с последовательно 5 включенным постоянным резистором,при этом входы дифференциальногоусилителя подключены к измерительной диагонали моста, а выход егоподключен к базе транзистора, кол лектор которого соединен с однимиз выводов измерительного датчикасопротивления, подключенного к питающей диагонали моста, вывод переменного резистора подключен к точкесоединения выводов двух датчиковсопротивления, а дополнительнаяцепочка включена параллельно переменному резистору, причем регистрирующий прибор подключен к точке измери-тельной диагонали моста, с которой 20 соединены плечи с резисторами и кточкам попарного соединения резисторов и диодов дополнительной цепочки. Источники информации,25 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 304468, кл. 6 01 Ь 21/10, 1969.2. Дж. Леек. Измерение давленияв вакуумных системах. М., 1968,30 с. 59-64 (прототип),1