Способ измерения неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления

Союз Советских Социалистических Ресг(убликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) Заявл 5 (21) 2305286/10 60111/00 601 1 21/34 присоединением заявки-Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий(43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень(46) Дата опубликования описания 07.07.77(71) дена Трудового Красного Знамени инсти АН Азербайджанской ССР тел зик 4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИНДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ а другая более устоичивая характеристика, например ток разряда или его составляющая,Известен также способ, заключающийся в возбуждении в газовой среде коронного разряда с помощью подаваемого на электроды постоянного напряжения, подаче на эти же электроды дополнительного переменного напряжения, амплитуда которого меньше, чем величина постоянного напряжения и регистрации величины переменной составляющей тока коронного разряда, которая зависит от давления газа. Этот способ также не отличается достаточной точностью, для увеличения которой предлагается подавать второе переменное напряже-, ние на электроды в определенном отношении к Известен способ определения давления газа, основанный на измерении напряжения возникновения самостоятельного газового разряда между электродами преобразователя. Основным недостатком способа является малая точность, обусловленная в основном статистическим характером возникновения разряда между электродами. Для устранения 2 этого недостатка предлагаются дополнительные поджигающие электроды и камеры. Электроразрядный метод измерения давления используется, когда за параметр, по которому судят о величине давл ния, принимается не напряжение зажигания разряд 1 перво а о давлении судить по соотновышение точности в этом случае тиг Неок ся эа счет усложнения процесса изм остаточная точность способа обусловл ена слмость ами: во - первых, зависи аметров электрическог щими причи рических п разрядчередь давления г центрацией конессы акой про ионизации. оной явля зряде го раз еа, 25 орониру т.е. непо Изобретение относится к области измерений электрическим способом неэлектрических величин, например давления газа или перемещения путем преобразования измеряемой величины в электрический сигнал и последующего электрического измерения, и может быть использовано при измерении пониженного давления газа. Предлагаемый способ и устройство могут быть применены в метеорологии и авиации для регистрации давления воздуха как у земной поверхности, так и на больших высотах. Описываемым способом возможно измерять давления воздуха от атмосферного до долей тор. за обусловлена в первую частиц в зоне, где происх Известно, что в коронном тся область чехла корови дственно примыкающая10 15 Ю 25 щему электроду. Остальная область разрядного промежутка, так называемая, внешняя область, является пространством, в котором црейфуютзаряды, образованные в чехле короны. Влияние давления газа на ток в этой области проявляется лишь процессами прилипания и отрыва электронов, зависимостями подвижностей электронов и ионов от давления, по оказывает на ток гораздо меньшее влияние, чем процессы в чехле короны. Обычно чехол короны занимает незначительную часть всего разрядного промежутка, поэтому изменение давления газа сильно влияет на ток лишь в ограниченной области разряда. Во - вторых, при электрическом разряде между металлическими электродами в химически згрессивный или просто кислородосодержащей атмосфере наблюдается интенсивное окисление или химическое изменение поверхностей электродов. Г 1 оскольку состояние поверхности электродов влияет на параметры разряда, оно обуславливает также нестабильность показаний газоразрядных преобразователей.Цель изобретения - повышение точности измерения давления газа при помощи газоразрядного преобразователя без усложнения процесса измерений. Это достигается тем, что электрический разряд возбуждают в промежутке, ограниченном диэлект. риком, а за па,паметр, по которому судят о не- электрической величине, принимают среднее время горения электрического разряда за период приложенного напряжения.Для осуществления способа в преобразователе, содержащем систему электродов, обеспечивающих однородное электрическое поле в межэлектродном промежутке, каждый из электродов отделен от пространства, в котором производится измерение, слоем прилегающего к электроду диэлектрика, имеющего одинаковую толщину в межэлектродной области. Диэлектрические слои на электродах могут быть выполнены из стекла,По этому способу для измерения используется не коронный разряд, а специфическая форма разряда в газовой полости, ограниченной диэлектриком при (рд) ( (рд) ртде р - давление, д - длина разрядного промежутка.Эта форма разряда характерна прежде всего тем, что область ионизационных процессов занимает все пространство разрядного промежутка, поэтому слабое изменение давления газа в промежутке вызывает значительное изменение параметров разряда. Это достигается тем, что электроды преобразователя плоскопараллельные или цилиндрические соос. ные, но при этом соотношения между их геометри. ческими размерами таковы, что электрическое поле в межэлектродном промежутке однородное или близко к однородному. Этого легко достигнуть, выполнив их так, чтобы расстояние между электродами было намного меньше, чем линейные размеры электродов, Сами электроды отграничены от пространства, в котором измеряется давление, слоями ди.электрика. За параметр, по которому судят о давлении газа в разрядном промежутке, принято среднее время горения разряда за период приложенного напряжения. Это диктуется следующим. Средний за полу- период ток разряда зависит как от давления газа в разрядном промежутке, так и от геометрических факторов, например собственная рабочая емкость электродов преобразователя и их паразитная емкость. Величина собственной емкости зависит от площади электродов, расстояния между ними, тол. шины диэлектрического покрытия на электродах и его диэлектрической проницаемости. Множество этих факторов не позволит создать преобразователь с идентичными показателями. В то же время среднее время горения разряда за полупериод не зависит, например, от площади электродов и тем более от величины паразитной емкости, Поэтому использование именно этого параметра разряда в качестве регистрируемой величины представляется наиболее целесообразным. При этом, учитывая, по на электроды преобразователя подается переменное напряжение, представляется легко выполнимой операция усреднения наблюдаемого времени горения разря. да. Так, при подаче напряжения промышленной частоты (50 гц) за 1 сек измерения можно получить среднее время по 50 или 100 отсчетам. Это повышает точность измерения. Для реализации предлагаемого способа необходим новый тип преобразователя, основное отличие которого заключается в наличии диэлектрического покрытия на электродах. Это покрытие в сочетании с физическими условиями в разрядном промежутке (произведение давления газа на длину разрядного промежутка) обеспечивает соответствие формы разряда в промежутке, необходимой для осуществления способа. Покрытие на электродах преобразователя должно сочетать хорошие диэлектрические качества с высокой химической инертностью. Поэтому в качестве электродного покрытия применяют стекло, химическая инертность ко. торого общеизвестна. Для обеспечения равномер. ности зажигания разряда во всем разрядном проме. жутке необходимо, чтобы слой диэлектрика на электроде имел равную толщину, при этом не обязательно, чтобы толщина покрытия на одном электроде равнялась толщине покрытия на другом.Поскольку параметры разряда зависят от произведения давления газа - р на длину разрядного промежутка - д, то предлагаемым способом, кроме давления газа, можно измерять перемещение, расстояние между электродными покрытиями, выполнив, например, один из электродов подвижным и кинематически связав его с объектом, перемещение которого подлежит измерению. На фиг. 1 изображены графики тока и времени горения разряда в промежутке, ограниченном диэлектриком при приложении переменного синусо-идального напряжения; на фиг. 2 - электродная653503система предлагаемого преобразователя сплоскими электродами: на фиг. 3 - то же,с цилиндрическими соосными электродами:на фиг, 4 - пример графического построения характеристики преобразователя: нафиг. 5 - осциллограммы тока разряда преобразователя: на фиг. 6 - градуировочнаяхарактеристика, полученная экспериментально.Для измерения, например, давления газа по предлагаемому способу на электроды1 преобразователя (фиг, 2, 3) подают через последовательно включенный активныйрезистор 2 переменное синусоидальное напряжение. Величину напряжения выбираюттакой, чтобы в разрядном промежутке преобразователя каждый полупериод напряжения возникал самостоятельный газовый разряд. Сигнал с резистора 2 подают на регистрируюший прибор, которым фиксируют сред- щнее время горения разряда за полупериод.В качестве такого прибора может быть использован осциллограф. Усреднение временигорения достигается тем, что при включении непрерывной развертки луч осциллографа многократно в единицу времени отмечает время горения, а наблюдаемая линия наэкране является фактически усредненной.Это не единственный метод усреднения ирегистрации времени горения, Возможно 30преобразование времени горения в электрический сигнал и затем измерение этого сигнала обычным стрелочным электроизмерительным прибором.Осциллограмма тока разряда состоит из З 5двух синусоид (фиг, 1). По этой осциллограмме измеряется отрезок между началомзажигания разряда (точка а ) и концом полупериода, когда разряд гаснет (точка).Преобразователь имеет конфигурацию 40электродов 1 (фиг. 2 и 3). Преобразователь на фиг. 2 с плоскими электродами 1,а на фиг. 3 - с коаксиальными. Металлические электроды 1 нанесены на поверхности плоских диэлектрических пластинок 3 а(фиг. 2) или трубок 3 (фиг, 3). Междупластинами или трубками газоразрядныйпромежуток 4. Один из электродов 1 соединяется с источником переменного напряжения непосредственно, а второй - через 50резистор 2, например 50-200 ком. Выходной сигнал преобразователя снимается с резистора 2,Для перевода величины времени горенияразряда в величину давления строится ха брактеристика преобразователя, методика построения которой показана на фиг, 4. Кривая 1 - это зависимость пробивного напряжения Йз газа от рй , или давления(кривая Пашена), Кривая 11 представляет собой Ю величинуЬ,Ч= и,где И - амплитудное значение поданногона преобразователь переменного напряжения.Кривая Й 1 представляет зависимость вреъюени горения разряда дВ от величины 1 .ЬФ = 0,02 0,2 Б - смыть ( -- 1 Я1, ЯКривая 1 У - искомая характеристика преобразователя, т. е. зависимость времени горения разрядаот рй . Ее точки получаются от пересечения вертикальных линий с правой ветви кривой 1 с линиями последовательного переноса соответствующих точек кривой 1 на кривую О, а затем на кривые Ш и 1 У.Как видно из примера, показанного на фиг, 4 для Ц = 500 В, характеристика преобразователя достаточна линейна.Предлагаемый способ проверен в лабораторных условиях при измерении давления азота в закрытой камере. Давление менялось от 30 до 230 тор и контролировалось мембранным вакуумметром с ценой деления4 тор. На электроды 1 преобразователя подавалось переменное синусоидальное напряжение 1800 в. Длительность горения разряда за полупериод измерялась по экрану осциллографа. Полученные осциллограммы для нескольких давлений приведены на фиг.5.Преобразователь имеет плоские электроды 1 площадью 7 см, Диэлектрическим2покрытием на каждом электроде 1 служит стекло толщиной 1,0 мм. Длина разрядного промежутка 0,26 мм,Полученная характеристика преобразователя показана на фиг. 6.Предлагаемый способ измерения давления газа и других неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления основаны на изученных закономерностяхэлектрического разряда в промежутке, ограниченном диэлектриком. Его использование приведет к возможности достаточно точного измерения, например, давления газа в диапазоне нескольких тор с помошью электро- разрядного преобразователя, который прост по устройству. технологичен, обладает необходимой стабильностью показаний и пригоден для работы в химически агрессивных средах.Формула изобретения1. Способ измеренщ.неэлектрических величин, например, давления газа, заключаю553503 Время дремя иг. Г Ц 8,щийся в том, что на электроды преобразователя подают переменное напряжение с амплитудой, обеспечивающей возникновение вмежэлектродном пространстве электрического разряда, по параметру которого судят о 5значении неэлектрической величины, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности без усложнения процесса измерений, электрический разряд возбуждаютв промежутке, ограниченном диэлектриком, 1 Оа за параметр, по которому судят о неэлектрической величине, принимают среднее время горения ,.е.:тричстого разряда за пгод приложенного напряжения,2. Преобразователь для ссуществлення спсзобапо и. 1, содержащий систему электродов, обеспешвающих однородное электрическое поле в межэлектродном промежутке, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что в нем каждый из электродов отделен от про странства, в котором производится измерение, слоем приле.гающего к электроду диэлектрика, имеющего одинаковую толщину в межэлектродной области.3. Преобразователь по и. 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в нем диэлектрические слои наэлектродах выполнены из стекла./, И а го и о ве /оо /гоно ко /и гиДавление азхаРиг, Ю Составитель О. ПолевТеуел С. Беда Корректор И. Гоксич Редактор О. филиппова Заказ 190/38 4 п,пава,пи Фп,ооР, ОРУ ф ЙУ б Тираж 1101 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5