Устройство для измерения давления в вакуумных системах

(51)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ЗС ерек омп й мета оны 1,2 л переслучае с оном 4, НХТ 18 М диама- гподклочнику нию пои 6,3.В в част- печной струйеАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский институт стали и сплавов(56) Авторское свидетельство СССРМ 1545120, кл. 6 01 1 9/10, 1990,Агейкин Д. ИКостина Е, Н. и др, Датчики контроля и регулирования. М., 1965, с.702.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ВАКУУМНЫХ СИСТЕМАХ(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления, в частности, при контролепараметров внепечной обработки сталициркуляционным и струйным способами вакуумирования. Цель: повышение точностиизмерений и надежности устройства для измерения давления в вакуумных системах.Сущность изобретения; устройство содержит механотронный датчик давления в видепервого механотрона, подвижный анод которого механически связан с мембраной и Изобретение относится к черн лургии и может быть использован ности, при контроле параметров в обработки стали циркуляционным ным способом вакуумирования. Целью изобретения является повышеие точности и надежности устройства. Предлагаемое устройство предсно на чертеже,подключен через анодную нагрузку к источнику постоянного тока, и измерительный прибор, Устройство снабжено вторым механотроном, двумя катушками индуктивности, электронным переключателем, автогенераторной схемой и преобразователем амплитуды и частоты входного сигнала в сигнал постоянного тока, Анод второго механотрона механически связан с введенным силь- фоном, две катушки индуктивности установлены на наружной поверхности второго механотрона вокруг сильфона и включены встречно в частотно-задающую цепь автогенераторной схемы, в которую включен также конденсатор, образованный мем-.браной первого механотрона и введенным в первый механотрон металлическим диском, , 3 Сигнальные входы электронного переключателя подключены соответственно к подвижным анодам первого и второго механотронов, выход переключателя под-, ключен к амплитудно-задающей цепи пита- Я ния автогенераторной схемы, выход которой через преобразователь связан с измерительным прибором, а вход управления по пороговому напряжению электронного Оф и лючателя соединен с подвижным ано- ф д ервого механотрона, 1 ил. ЬЭ Устройство содержит механотр6 МДХ 11 С и 6 МДХ 5 С, у которых уземещения анода сопряжен в одноммембраной 3, а в другом - с сильфвыполненным из стали марки 36аустенитной структуры и имеющимнитные свойства. Механотроны 1, 2чены к стабилизированному истпитания 5 с выходами по напряжестоянного тока 24 В24 В, + 12 Впеременного тока, Анодными нагрузками механотронов 1, 2 служат активные резисторы Вб, В 7, В 8, В 9, Над мембраной 3 механотрона 1 расположен металлический диск 10 диаметром 16 мм и толщиной 0,3 мм иэ мягкой жести. Диск 10 закреплен на втулке 11 с крышкой 12, выполненных из гетинакса, Крышку 12 со втулкой 11 и диском 10 располагают на мембранной коробке 13 механотрона 1 так, чтобы обеспечить между 10 диском 10 и мембраной 3 зазор, равный 0,5 мм; диск 10 и мембрана 3 образуют конденсатор С 13. На наружной поверхности механотрона 2 в области расположениясильфона 4 расположена катушка 14 с дифференциально включенными индуктивностями 3 15, 16 из провода ПЭВ - 0,12 мм с числом витков, равным 30 каждая, причем торец сильфона 4 находится по середине катушки 14. Механотроны 1, 2 с помощью техники. Т, 1., М.: Мир, 1984, с. 580). Выход преобразователя 21 включен на вход изме-. рительного прибора 22 типа М 286, кроме того, предусмотрено параллельное включение на внешний измерительный прибор типа КСП, Генератор 19, преобразователь 21, источник питания 5, электронный ключ 20 выполнены на одной плате печатным монтажом и помещены в отдельный корпус, в который также встроен измерительный прибор 22, Механотроны 1, 2 вместе с камерой 18 помещены в другой корпус. Соединение между корпусами осуществляется электрическим кабелем с помощью разьемов типа ШР,45 50 55 Устройство работает следующим образом. штуцеров 17 и вакуум-плотной резиновой трубкиподключены к камере 18, выполненной в виде полого цилиндра диаметром 50 мм и длиной 110 мм со штуцером в его торцовой части. Конденсатор С 13 вместе с,25 индуктивностями15,16 образуют колебательный контур высокочастотного генератора 19, Генератор 19 выполнен. на двух транзисторах типа КТ 301 по схеме, особо чувствительной к питающему напряжению 0 (Дж. Маркус. "Применение электронной автоматики". Изд-во иностранной литературы. М., 1962, с. 325), Питающее напряжение к генератору подключают с анодных нагрузок В 7, В 9 через контакты реле К.1,1 К,1,2, 35 электронного ключа 20. Выход генератора 1.9 подключен на вход преобразователя 21, который выполнен по схеме активного выпрямителя на микросхеме типа К 553 УД 1 с высокочастотными диодами на выходе и в 40 .цепи обратной связи операционного усилителя (П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемоСборку устройства (корпус с механотронами 1, 2) подключают к вакуумопроводу циркуляционной камеры через штуцер камеры 18 с помощью вакуум-плотной резиновой трубки, Устройство готово к работе после 15-20-минутного прогрева с момента включения источника питания 5, Изменение давления в вакуум-камере во время вакуумирования жидкого металла воспринимается мембраной 3 механотрона 1 через штуцер камеры 18 и штуцер 17, Однако воспринимаемое мембраной 3 механотрона 1 давление ограничивается предельным значением, равным 13,3 кПа, и обусловлено конструкцией узла подвижного анода, Область более низкого давления от 13,3 кПа до 13,3 Па воспринимается механотроном 2. Таким образом, применение механотронов 1, 2 обеспечивает непрерывное контролирование давления в области от 0,1 МПа до 13,3 Па. Под действием изменяющегося давления в вакуумопроводе в ходе откачки мембрана 3 механотрона 1 выгибается в сторону диска 10 так, что по мере уменьшения давления зазор между мембраной 3 и диском 10 уменьшается и в соответствии с ним емкость конденсатора С 13 будет увеличиваться, что приведет к расстройке колебательного контура генератора 19 и, следовательно, вызовет соответствующее изменение его частоты, Одновременно с изменением емкости конденсатора С 13 изменяется ток через сдвоенный диод механотрона 1, что вызывает соответствующее изменение потенциала на его анодной нагрузке В 7. Величина этого потенциала относительно отрицательной шины сдвоенного диода механотрона 1 является напряжением питания генератора 19, шина которого через контакты К 1.1., К,1.2. реле (РЗС - 22 электронного ключа 20 подключена к анодным нагрузкам В 7, В 9 механотронов 1,2, Это напряжение вызывает изменение режима возбуждения генератора 19, сопровождающегося соответствующим изменением амплитуды высокочастотных колебаний на его выходе. Таким образом, изменение давления в вакуумопроводе вызывает линейное перемещение мембраны 3, которое сопровождается одновременным изменением постоянного тока через сдвоенный диод механотрона 1 и изменение емкости конденсатора С 13, Введение конденсатора С 13 позволило с помощью генератора 19 трансформировать напряжение постоянного тока в переменный по амплитуде и частоте, изменяющийся в соответствии с деформацией мембраны 3 механотрона 1, При достижении в вакуумопроводе давления, равного 13,3 кПа, срабатывает электронный ключ 20, Реле, включенное нэ его выходе, обесточивается, про. исходит размыкание и замыкание контактов К,1,1 К.1.2., в результате чего выходное напряжение измерительной схемы по постоянномутокус нагрузки В 7 переключается на шине генератора 19 на выходное напряжение В 9 механотрона 2. Уменьшающееся далее давление ввакуумопроводе 10 воспринимается сильфоном 4 мехвнотрона 2, который под действием этого давления сжимается. Сжатие сильфона 4 вызывает изменение индуктивностей 15, Об в колебательномм контуре генератора 19,15, 16, последовательно и дифференциально вклю ценные между собой в исходном состоянии, имеют разные значения, поскольку только в одной из них находится сильфон (как сердечник), так как торец сильфона 4 находится посередине катушки 14, Такое включение 2015, .16 позволяет более четко выделить разность значений индуктивностей и тем самым увеличить чувствительность устройства, кроме того, при включении устройства перед началом вакуумирования существует необходимость коррекции стрелки на шкале прибора 22 относительно ее нулевого положения в зависимости от конкретного на данный момент атмосферного давления, Таким образом, изменение индуктивности контура вызывает изменение частоты на вь 1 ходе генератора 19. Кроме того, при сжатии силь- фона 4 происходит изменение падения на 30 п ряжения на анодной нагрузке В 9 буждения по амплитуде. Таким образом, преобразование диапазона низкого давления в вакуумопроводе происходит с по 40 мощью механотрона 2 и катушки индуктивностей15,16 аналогично преобразованию, осуществляемому с помощью механотрона 1. С вьхода генератора 19 сформированный сигнал поступает на вход 45 преобразователя 21, Выбор схемного решения преобразователя 21 обусловлен тем, что обеспечивает устойчивый прием сигнала, восстанавливает и усиливает по мощности, увеличивает чувствительность устройства и вместе с тем расширяет выбор исходного режима работы устройства, то есть выходное напрякение.преобразователя 21 изменяется вместе с частотой и амплитудой поступающего на вход 5055 высокочастотного сигнала, коэффициент преобразования при этом равен 0,8, Принцип действия устройства (преобразователя 21) описан в ("Радиоавтоматика", Под ред, В. А, Бесекерского., М., Высш, шк., 1985 г сдвоенного диода и, следовательно, изменение напряжения на шинах генератора 19,что вызывает изменение режима его возс. 271,), Однако следует считать, что чувст. вительность устройства в целом достигается эа счет двойного преобразования давления (деформации) в сигнал сложной формы как по частоте, так и по току и выра. жается в следующем виде Япр-Я Ягде Я - крутизна преобразования деформации по току;ЯГ. крутизна преобразования деформа. ции по частоте,Исходный режим работы устройства, как указано выше, устанавливается через 15-20 мин после включения источника питания 5, За это время устанавливаются температурный и токовый режимы работы механотронов 1, 2 при внешнем давлении, равном 0,1 МПа, то есть до включения вакуумных насосов, Установившемуся токовому режиму сдвоенного диода механотрона 1 соответствует постоянное значение падения напряжения на анодной нагрузке Й 7, которое через контакты К.1,1. реле электронного ключа 20 подключается к шинам генератора 19, Это напряжение определяет исходный режим возбуждения генератора 19 по амплитуде, а частота высокочастотных колебаний определяется исходными параметрами емкости конденсатора С 13 и индуктивности Е 15,16 катушки 14, Высокочастотный сигнал с выхода генератора 19 поступает на вход преобразователя 21, порог чувствительности которого установлен по амплитуде этого сигнала, в результате этого на выходе преобразователя 21 отсутствует какое-либо напряжение. Стрелка измерительного прибора 22 находится в начале шкалы, С включением вакуумных насосов начинается откачка газов из вакуумируемого обьема и вместе с этим начинают изменяться значения емкости С 13, а затем индуктивностей15, Пб. Сигнал на выходе генератора 19 синхронно изменяется с ростом разрекения в вакуумопроводе, Амплитуда этого сигнала превышает установленное пороговое значение на входе преобразователя 21 и на его выходе появляется напряжение, величина которого пропорциональна как амплитуде, так и частоте поступающего высокочастотного сигнала. Преобразованный высокочастотный сигнал с выхода преобразователя 21 поступает на вход измерительного прибора 22 и вызывает отклонениЕ стрелки, соответствующее величине поступающего сигнала. Отклонение стрелки измерительного прибора 22 отражает в реальном масштабе времени и с большой точностью характер работы насосов как в процессе предварительной откачки из вакуумируемого обьема, так и непосредственно в процессе дегазациижидкого металла, Предложенное двойноепреобразование давления, сочетающего одновременное преобразование по постоянному и переменному току с цельюобразования сложной формы сигнала, в значительной мере повышает точность и чувствительность преобразования.Пример конкретной реализации,Емкость конденсатора С 13 составляетоколо 22 пФ, суммарная индуктивность 15, 10И 6- около 1 мГн. Генератор 19 работает начастоте 7 МГц, изменение частоты генератора 19 в диапазоне от 0,1 МПа до 13,3 Пасоставляет 2,1 МГц, а амплитуда выходногосигнала преобразователя 21 изменяется от 150 до 100 м В (милливольт), мощность, потребляемая. устройством, составляет 15 Вт. Устройство было проградуировано пообразцовому манометру типа МО в областинизких давлений 13,365,5 х 10 Па, а в остальном диапазоне - по У-образному ртутному манометру. Подвключение устройствав вакуумопровод циркуляционной установки позволило визуально наблюдать и регистрировать на диаграммную ленту внешнего 25самопишущего потенциометра типа КСП,включенного параллельно измерительномуприбору 22, динамику изменения вакуума входе обработки жидкого металла,,Использование предлагаемого устройства в качестве измерительного устройствана установке циркуляционного вакуумирования позволит получить по сравнению спрототипом следующие технико-экономические преимущества, 35- повышение точности измеряемогодавления в диапазоне 0,1 МПа13,3 Па в 6раз;- стабилизировать показания устройства при отклонении напряжения питания на20 от номинального;- снижение влияния помех нэ результат измерения на 50 ;- повышение стабильности параметров устройства по температуре в 2,5 раза,Формула изобретения Устройство для измерения давления в вакуумных системах, содержащее механотронный датчик давления в виде первого механотрона, подвижный анод которого механически связан с мембраной и подключен через анодную нагрузку к источнику постоянного тока, и измерительный прибор, отл ичающеесятем,что,с целью повышения точности измерений и надежности устройства, оно снабжено вторым механотроном, двумя катушками индуктивности, электронным переключателем, автогенераторной схемой и преобразователем амплитуды и частоты входного сигнала в сигнал постоянного тока, причем подвижный анод второго механотрона механически связан с введенным сильфоном, две катушки индуктивности установлены на наружной поверхности второго механотрона вокруг сильфона и включены встречно в частотно-задающую цепь автогенераторной схемы, в которую включен также конденсатор, образованный мембраной первого механотрона и введенным в первый механотрон металлическим диском, сигнальные входы электронного переключателя подключены соответственно к подвижным анодам первого и второго механотронов, выход переключателя подключен к амплитуднО-задающей цепи питания автогенераторной схемы, выход которой через преобразователь связан с измерительным прибором, а вход управления по пороговому напряжению электронного переключателя соединен с подвижным анодом первого механотрона.1812453Составитель А,Фохтин РедакторТехред М.Моргентал Корректор М.Максимиш аказ 1571 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4 Лизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101