Способ измерения давления разреженного газа и устройство для его осуществления

(9 5 6 01 1.21/12 ОБРЕТ НИ К АВТОРСКО свидетельству ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температурАН УССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1509655. кл. 0 01 . 21/12, 1988.Авторское свидетельство СССР Ь, 131 8818, кл. 6 01 1. 21/12, 1985.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ РАЗРЕЖЕННОГО ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей зэ счет одновременного из- мерения температуры газа, Измерения проводят за три последовательных временных такта. В первом такте термочувствительный датчик давления перегревают первым перегревающим током от первого до второго фиксированного значения температуры термочувствительного датчика, вовтором выключают перегревающий ток и охлаждают его от второй до первой фиксированной температуры, в третьем включают второй перегревающий ток, не равный первому до достижения термочувствительным датчиком второй фиксированной температуры,Ю1747968 мым коэффициентом усиления, компаратор 19, делитель 20 напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, испричем в течение каждого такта проводят измерение количества тепла, выделившееся в термодатчике при его нагревании и охлаждении, и интегрирование по времени текущей температуры, Температуру и давление среды определяют по определенным соответствующим математическим зависимостям, Устройство для осуществления способа содержит термочувствительный датчик 1, дискретно управляемый источник 2 тока, усилитель 10 с дискретно управляеточник 25 опорного напряжения,. преобразователь 2 б напряжения, счетчики 27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов, запоминающий блок 30, вычислительный блок 37 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 управления происходит включение и выключение перегревающего тока. 2 с,п. флы, 2 ил. Устройство для измерения вакуума содержит терморезистор, включенный в одну Изобретение относится к технике теплофизических измерений и мо)кем быть исиз ветвей измерительного моста, усилитель, формирователь опорных импульсов, блок пользовано для измерения малых давленийгаза и его температуры,Известен способ измерения вакуума 5йрй помощи термопреобразователя, вклювыделения интервалов времени, регулятор напряжения, электронный ключ и эадатчик чающий его перегрев током постоянной напряжения смещения Недостатком известных способа и устройства является малое быстродействие мощности, измерение температуры термочувствительного резистора через равные промежутки времени и дальнейшее опреде при измерении вакуума, что связано с необходимостью регулирования мощности для получения заданного времени нагрева, для ление давления при помощи математической формулы,чего необходимо выполнение нескольких Недостаткомданного способа явциклов нагрева-охлаждения терморезистора. При быстром изменении давления этот недостаток усиливается. Быстродействие ляется невозможность проведения с его помощью комплексных измерений 15 параметров разреженных газов - давленияитемпературы, Сочетание отдельных типов известного способа ухудшается также в свяизмерений приводит к эйачительной дли- зи с необходимостью периодической тарительности проведения этихизмерений, ровки времени нагрева при измеренииНайболее близки к предлагаемым спо температуры окружающей среды, для чего соб измерения вакуума и устройство для его терморезистор выводят иэ режима измереосуществления, основанные на использование термочувствтительного резистора. Термореэистор нагреваю и охлаждаюг путем периодического включения и выключения 25 перегревающего его относительно температуры газовой среды электрического постония,Кроме того, отсутствует возможность одновременного определения температуры окружающего газа.Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных янного тока, при этом измеряют время возможностей за счет одновременного из" нагрева тертморезистара от первого исход- -мерения температуры газа.ного значенйя на нормированную величину, 30 Как следует из теории калориметричеохлаждают терморезистор до температуры ского эксперимента, если тело, размещен- ниже второго исходного значения; не рав- .ное в газе с температурой д,р, и имеющееного первому, измеряютвремя натреватер- начальнуютемпературу О 1Оср, занекото, морезистора от третьей фиксированной рое время нагреть мощностью Р 1 до конечтемпературы до четвертой, затем периоди ной температуры б, то необходимо для ческивключают и выключают перегреваю- нагрева тела количество тепла О 1 (потери щий ток, давая возможность температуре тепла этим телом на теплообмен излученитерморезистора измениться на нормиро- ем и теплопроводностью по элементам ванное приращение и регулйруя при этом конструкции минимизированы и не учйтыего величину до тех пор, пока длительность 40 взются) может быть определено из уравне второго интервала не станет равной дли- . ния теплового балансателъностив первого; определяют мощности,видепившиесв ив терморевисторев первом т 11-Н Й - 91 ) + а ) (О - Сер)бс (1) и втором интервалах времени, давление оп 11редеЛяют по математической формуле. 45 где Н = п 1 С (а - масса; С - теплоемкость);-к Оср Ю- коэффициент теплоотдачи; На фиг.1 приведены диаграммы измере 1, 12 - моменты времени достижения ния темПературы на терморезисторе; на температур 01 и Ж соответственно; фиг,2 - структурная схема устройства дляизмерения вакуума и температуры.Р 1 б 1 - тепло, сообщаемое тер Способ осуществляют следующим обморезистору. Первый член право (1) Помещенный в измеряемую среду термопреобразователь сопротивления переервый член правой части 1 равен количеству тепла, запасенного телом при наокружающей среды О,р(фиг.1) первым перегревеегоот 1 до второйчлен - количеству 10 окгревающим током 11 до первой фиксированс температурой,р за время Г 1= 12-О посред- ной температуры 01 и с момента еедостижения И измеряют количество тепларавнение теплового баланса для участ- О 1, выделившееся в терморезисторе до мока охлаждения тела от температуры ка охлажденИЯ те а т ператУРы До 15 мента времени и достижения им второй ратуры О может б момента времени сз достижения им температуры 1 может быть записано в виде фиксированной температуры Ж01, В момент времени т 2 выключают перегревающий ток и измеряют время егоохлаждения до Ог=Н( -01) ьа (0- О, )От тг) температурыОьфиклируямоментгзиколиче 20 ство тепла О 2, подведенного к терморезистогзру в процессе измерения. Одновременно на где % = У Р 2 б 1 - тепло, сообщаемое тер- промежутках времени Т 1 = 12-и 1 и Т 2 = 1 з интегрируют по времени текущуютемператуморезистору измерительным током мощно- ру терморезистора О, В момент времени 1 з стью Р 2Р 1. У25 включают перегревающий ток 12, напримерравнение теплового баланса для участ 11, и измеряют количество тепла, выделив-. ка нагрева мощностью РзР 2 по аналогии шееся на терморезисторе до момента 14 дос уравнением (1) запишем в виде стижения им второй фиксированнойтемпературы б, интегрируя при этом текуОз = Н(01 - 62) +аф -)д р) щуютемпературупо времени. В момент вре 30 1 З мени т 4 ток выключают, а температуру среды и давление вычисляют по формулам (5) и (6). Решая сис ему уравнений (1) - (3) отно- УстРойстводлЯ осуществлению пРедлагасительно а при условии, д, = сопзе, получа- емого способа содержит терморезистор 1 ем 35 манометрического преобразователя, дискретно управляемый источник 2 тока, состоя-ая+у тг ьтз - ог +оз т 1 чтг егин из оч врщ р 1 Зусилителя 9, усилитель 10 с дискретно управгтг ч тз) гОа - (т 1 ч тг) гпа ляемым коэффициентом усиления, состоя 12 40 щий из резистора 11, ключей 12-14,(4) резисторов 15-17 и усилителя 18, компараторТак как тепловая проводимость среды 19, делитель 20 напряжения с дискретно уппрямо пропорциональна давлению (Р = К й), равляемым коэффициентом передачи, состото ящий из резисторов 21 и 22 и ключей 23 и 24, 45 источник 25 опорного напряжения, преобразователь 26 напряжения в частоту, счетчики а 1+а 2 т 2+тз - а 2+аз т 1+т 2 27 и 28 импульсов, генератор 29 импульсов.запоминающий блок 30, состоящий из реги,т 2+тз) з Ог 11 - (т 1+т 2),1 д 1 строе 31 - 36 памяти, вычислительный блок 3711 12 50 и блок 38 управления. По сигналам блока 38 Решая систему уравнений (1) " Управления происходит включение и выклю- -(3) отночение перегревающего тока. Обработка инсительно р, получим формации происходит в вычислительном блоке, Выходные коды вычислительного блока (о 1+ог Ол - (ог+озОл 55 прямо пропорциональны величинамВ,рл12 12Формула изобретения а 1+а 2 т 2+тз - а 2+аз т 1+т 2 1, Способ измерения давления разреженного газа, основанный на нагревании иским включением и выключением электрического тока, измерении длительности интервалбв времени нагревания и охлаждения, в течение которых температура терморезистора меняется в заданном Фиксированном диапазоне, и определении колйчеств тепла, выделяющихся в терморезисторе в течение каждого интераала времени. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 10 повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры газа, измерения производят в течение первого, второго и третьего интервалов времени; причем в первом интервале времени 5включают перегревающий ток первой величины иийтегрируют по времени температуру терморезистора, во втором интервале времени выключают перегревающий ток и интегрируют по времени температуру. терморезистора, в третьем интервале времени включают перегревающий ток второй величины, не равной первой величине, и интегрируют по времени температуру терморезистора; затем выключают перегревающий ток и определяют давление. Р газа иего среднюю температуру Вср по соотношениям 30 ОсрО+а 02 Оз ДБ 152( 01 + ( 02 + 03 )Т 1 + Т 2 где К - градуировочный коэффициент;11,12,Т 3- длительности первого; второго и третьего интервалов времени; 4001,02,ОЗ - количества тепла, измеренные в первом, втором и третьем интервалах времени;Ь,В 2,3 з - интеграль 1 температуры терморезистора в первой, второй и третий ий тервдлц времени,2. Устройство для измерейия давления разреженного газа, содержащее термопреобраюватель сопротивлейия и йсточник опорного напряжения. о т л и ч а ю щ е е с я 50 тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможност й за счет одновременного измерения температуры газа, в него введены дискретно управляемый источйик тока, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, делитель напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи, преобразователь напряжения в частоту, перв 1 й и второй счетчики импульсов, генератор импульсов, запоминающий блок, вычислительный блок, компаратор и блок управления, при этом термопреобразователь подключен к выхОду дискретного управляемого источника тока, первый, второй и третий управляющие входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока управления которые подключены также соответственно к первому, второму и третьему управляющему входам усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, информационный вход которого подключен к термопреобразователю, а выход- к первому входу преобразователя напряжения в частоту и к первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу делителя с дискретно управляемым коэффициентом передачи, первый и второй входы которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока управления, вход которого подключен к выходу компаратора, а шестой выход - к первым входам первого и второго счетчиков импульсов, причем выход источника опорного напряжения подключен к третьему входу делителя напряжения с дискретно управляемым коэффициентом передачи и к четвертому входууправляемого источника тока, первый выход гейератора импульсов соедлнен с вторым входом второго счетчика импульсов, а второй выход - с вторым входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к второму входу первого счетчика импульсов, соединенного выходом с первым входом запоминающего блока, второй вход которого соединен с выходом второго сче"чика импульсов, а третий. четвертый и пятый его входы соединены соответственно с седьмым. восьмым и девятым выходами блока управления, при этом выходы запоминающего блока подключены к входам вычислительного блока.1747968 9 им. Составитель Н.АлександровскаяТехред М.Моргентал Корректор О актор А.Огар ова Тираж ., Подписноевенного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательски аказ 2496 ВНИИПИ Гос инат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101