Способ измерения давления и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 191 111 а 04 Л 01 Ь 2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСН лового преобра деления перем нала теплоэле емого электроте теля, а также в ова- нной ктричесной с составляющеи си кого преобразов реверсированием преобразователя чивается возмож теля, синхроэлектропроводдемодуляциейость использ точ ного ес ванияводни- еобране ока -ского п которог ового теплоэлектричеователя, дрейф нуляывает влияния на рез тат измерев сочетаниипозволяет тельное усили й демодуляцие лезный сигнал ния. Избир с синхронн иксированвень лежит воляет по ыделитьой часто даже если ур я помех. Это по ствительность и ниже урвыситьтойчиво2 с.п. и в помехо измерении да ия. ь.п.Ь-лы, 2 ил ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Омский завод электрических ных приборов "Электроточприбор" (72) Ю. С. Мальцев(56) Востров Г. А., Розанов Л, Н, Вакуумметры, - М.: Машиностроение, 1967, с. 60.Авторское свидетельство СССР У 544882, кл, С 01 Ь 21/34, 1977. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУНЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может использоваться в вакуумной технике при измерении давления разряженных газов, Вследствие использования реверсиру-. сокочувствительного полупИзобретение относится к технике измерения давления газов, и может быть использовано з вакуумной технике при измерении давления разряженных газов.Целью изобретения являе вся повышение чувствительности и помехоустойчивости при измерении давления газа.На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения давления; на фиг. 2 - то же, в котором использован синхронный детектор.Устройство для измерения давления состоит из корпуса 1, в котором расположены реверсивный электротепловой преобразователь 2 и теплоэлектрический преобразователь 3, выход которого соединен с входом блока 4 выделения переменной составляющей электрического сигнала теллоэлектрического преобразователя, Измерительный прибор 5 предназначен для измерения переменной составляющей сигнала.Цепь питания реверсивного электротеплового преобразователя 2 соединена с выходом источника 6 питания переменного тока. Рабочая поверхность 7 реверсивного элек гротеплового преобразователя 2 находится в тепловом контакте с теплоэлектрическим преобразователем 3, Теплоотводящая поверхность 8 реверсивного электротеплового преобразователя 2 находится в тепловом контакте с теплопроводным корпусом 1, но электрически изолирована от него диэлектрической пластиной 9,Выход теплоэлектрического преобразователя 3 соединен с входом блока 4, выход которого соединен с,зходом измерительного прибора 5. Корпус 1 может быть выполнен из теплопроводного материала, например из металла, имеет патрубок 10 для подсоединения к вакуумной системе, давление в которой измеряется,В качестве реверсивного электро- теплового преобразователя может быть использован стандартный термоэлектрический элемент Пельтье, термоэлектрический элемент Иернста-Эттингсгаузена или анизотропный термоэлемент.В качестве теплоэлектрического преобразователя 3 может быть использован один из стандартных преобра зователей температуры в электрический сигнал - термопара, термистор,терморезистор,В случае использования в качестветеплоэлектрического преобразователятермопары один из ее спаев ( горячийспай") имеет тепловой контакт с рабочей поверхностью 7 реверсивногоэлектротеплового преобразователя 2(например, приклеен теплопроводнымклеем). Выводы второго спая термопары служат выходом термоэлектрического преобразователя 4,В случае использования в качестветеплоэлектрического преобразователя3 термистора (термореэистора) онвключается в мостовую измерительнуюсхему, одна из диагоналей которойподключается к источнику питания постоянного тока, а другая служит выходом теплоэлектриче кого преобразователя, Такая схема включения термистора является стандартной.Выводы реверсивного электротеплового преобразователя 2 и теплоэлектрического преобразователя 3 выведены из корпуса с помощью герметичныхвводов, выполненных по одной из стандартных конструктивных схем.Блок 4 выделения переменной составляющей электрического сигналаможет быть выполнен в виде трансформатора, одна из обмоток которого(первичная) служит входом блока 4,а вторая - его выходом, Число витков обмоток трансформатора может бытьвыбрано так, чтобы трансформатор былповышающим При необходимости значительного усиления сигнала блок 4 может быть снабжен стандартным усилителем, вход которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, авыход служит выходом блока 4, Блок4 может быть выполнен также в видеизбирательного (узкополосного) усилителя переменного тока.В качестве измерительного прибора 5 может быть использован стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на средневыпрямленное значение входного электрического сигнала5 10 15 20 25 ЗО 3540 45 50 В качестве измерительного прибора 5 может быть использован также стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на среднеквадратичное значение входного сигнала, например, вольтметр гипа В 3-46, Ф 584.1275240 К 1сТт-т,)где Р К 1 Т -т н -о Х 1С вых 45или К 1КС К 183.п и Свьц СР В качестве измерительного прибора 5 может быть использован стандартный вольтметр переменного тока, реагирующий на размах колебаний входного сигнала, например для этих целей 5 может быть использован осциллограф.В качестве источника 6 питания может быть использован стандартный генератор переменного синусоидального напряжения или стандартныи гене ратор двухполярных прямоугольных импульсов.При использовании для реализации предлагаемого способа измерения давления синхронного детектирования устройство (фиг. 2) дополнительно содержит синхронный детектор 11, включенный между выходом блока выделения переменной составляющей сигнала и входом измерительного прибора 5, в 20 качестве которого может быть использован вольтметр постоянного тока, При этом управляющий вход синхронного детектора 11 соединен с источником б питания переменного тока.25Измерение давления осуществляют следующим образом.Патрубок 13 корпуса 1 подключают к вакуумной системе, давление в которой необходимо измерить. 30Электротепловой преобразователь 2, питаемый от источника 6 питания переменного тока, циклически реверсируется, т,е. в течение одной полу- волны питающего напряжения рабочая поверхность электротеплового преобразователя 2 разогревается относитель. но температуры среды, а в течение второй полуволны охлаждается. Воздействие перепада температур на тепло электрический преобразователь 3 приводит к появлению на его выходе тер- моЭДС, знак которой также изменяется синхронно с изменением знака питающего напряжения.Переменная составляющая сигнала теплоэлектрического преобразователя 3 выделяется блоком 4 и поступает на вход измерительного прибора 5, который измеряет один из параметров 50 переменной составляющей - средневыпрямленное значение, среднеквадратичное значение, амплитудное значение или размах колебаний в зависимости от конкретного выполнения измерительного прибора.При уменьшении давления в корпусе .1 теплопроводность среды уменьшается,температура электротеплового преобразователя 2 получает дополнительное приращение, пропорциональное изменению давления среды. Причем в течение одной полуволны питающего напряжения температура электротеплового преобразователя 2 получает приращение со знаком плюс, а в течение второй полу- волны - со знаком минус. Соответственно изменяются параметры переменной составляющей электрического сигнала на выходе блока 4 - амплитуда, размах, средневыпрямленное и среднеквадратичное значение,Таким образом, каждому значению давления соответствуют определенные показания измерительного прибора 5.В тепловом манометре связь между мощностью, выделяемой в электротепловом преобразователе и измеряемым давлением, выражается в виде: значение измеряемого давления;мощность, выделяемая электротепловым преобразователем(К - коэффициент Пельтье,1 - ток, протекающий поэлектротепловому преобразователю;постоянная;разность температур междуэлектротепловым преобразователем и окружающей средой. Выходной сигнал Еаы теплоэлектрического преобразователя пропорционален разности температур Т -То, поэтому можно записать для случая выполнения источника6 питания в виде генератора перемен.ного тока или синусоидальной формыможно записать где 1 - амплитуда тока; ю - частота тока.3 12Так как мощность, выделяемая в электротепловом преобразователе 2, изменяется по синусоидальному закону, то температура его рабочей по" верхности также изменяется по синусоидальному закону, поэтому и выходной сигнал теплоэлектрического преобразователя 3 также изменяется в рассматриваемом случае по синусоидальному закону. 75240 Е пы= Е Мпя,где Еш - амплитуда выходного сигнала,Следовательно, значение измеряемого давления можно определить но амплитуде Е или по размаху 2 Ею выходного сигнала теплоэлектрического преобразователя. Кроме того, значение измеряемого давления может быть определено по средневыпрямленному значению выходного сигнала, равному (для синусоидальной формы сигнала) Ещср. кв Таким образом, для определения давления может быть использовано средство измерения, реагирующее на средневыпрямленное, среднеквадратичное, амплитудное значения выходного сигнала теплоэлектрического преобразователя, либо на размах колебаний выходного сигнала.В предлагаемом способе н реализующих его устройствах вследствие использования реверсируемого электро- теплового преобразователя, а также вследствие выделения переменной составляющей сигнала теплоэлектрическо го преобразователя и синхронной с реверсированием электротеплового преобразователя демодуляцией обеспечивается возможность использования высокочувствительного полупроводникового теплоэлектрическогопреобразо" 45 50 55 или среднеквадратичному значению Аналогичные выражения могут быть записаны и для случая выполнения источника 6 питания в виде генератора напряжения прямоугольной формы либо какой-либо другой формы кривой. Эти выражения отличаются от приведенных вьппе только значениями постоянных коэффициентов,5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 вателя, дрейф нуля которого, представляющий собой медленно изменяющийся (по сравнению с частотой реверсирования электротеплового преобразователя) сигнал постоянного тока, не оказывает влияния на результат измерения, так как этот сигнал не передается блоком выделения переменной составляющей и не попадает на выход устройства.Вследствие возможности использования в блоке 4 узкополосного усилителя переменного тока, а также применения демодулятора, работающего синхронно с частотой реверсирования электротеплового преобразователя, обеспечивается возможность подавлять собственные шумы теплоэлектрического преобразователя и помехи постоянного и переменного тока. Избирательное (узкополосное) усилие в сочетании с синхронной демодуляцией позволяет выделить полезный сигнал фиксированной частоты даже в том случае, если его уровень лежит ниже уровня помех, Это позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость при измерении давления.Согласно предлагаемому способу в течение одной половины цикла измерения температура среды увеличивается, а в течение второй половины цикла измерения уменьшается, т.е. интегральное значение теплового воздействия измерительной системы на среду равно нулю или близко к нулю. Это дает возможность дополнительно увеличить чувствительность за счет увеличения мощности электротеплового преобразователя Формула изобретения 1. Способ измерения давления, включающий воздействие тепловым потоком на теплоэлектрический преобразователь, помещенный в газовую среду, и измерение его электрического сигнала, о т л и ч а о щ и й с я тем, что, с целью повьппения чувствительности и помехоустойчивости, тепловой поток циклически реверсируют, а давление газовой среды определяют по переменной составляющей сигнала тепло- электрического преобразователя,2. Устройство для измерения давления, содержащее подключенный к источнику питания электротепловой7 12 преобразователь и установленный в контакте с ним теплоэлектрический преобразователь, помещенные в газовую среду, а такжеизмерительный .,прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения чувствительности и помехоустойчивости, в не го введен блок выделения переменной составляющей электрического сигнала, электротепловой преобразователь выполнен реверсируемым, а источник питания - в виде генератора переменного напряжения, при этом выход тепло- электрического преобразователя сое 75240 динен с последовательно включеннымиблоком выделения переменной составляющей электрического сигнала и измерительным прибором.3. Устройство по п, 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что в негодополнительно введен синхронный демодулятор, при этом выход блока выделения переменной составляющей сиг нала соединен с входом синхронногодемодулятора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора,а выход - с входом измерительногоприбора.1275240 Составитель А. Зосимо Техред А.Кравчук К дактор Н. Марголи кмар кто Заказ 655)/3 4/ оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектн Тираж 778 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаПодписное комитета СС открытий ская наб