Изобретение относится к устройствам для измерения давления газовых сред, в
частности к приборам Пирани, основанным на зависимости теплопроводности разреженных
газов от давления и является дополнительным к авт.св. № 1599688.
В теплоэлектрическом вакуумметре по основной заявке чувствительный элемент
включен последовательно с первым резистором между общим проводом и выходом
усилителя, соединенным с первым входом аналогового умножителя напряжений, выход
которого соединен с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с
общей точкой первого резистора и чувствительного элемента. Резистор температурной
компенсации в данном устройстве выполнен в виде цепочки из трех последовательно
соединенных резисторов: постоянного, с линейкой и с квадратичной температурной
зависимостями со вторым резистором между общим проводом и выходом источника
опорного напряжения, соединенным со вторым входом уплотнителя напряжений, причем
общая точка резистора температурной компенсации и второго резистора, соединенная
с третьим входом умножителя напряжений , и выход усилителя через
сумматор связаны с индикатором. В данном устройстве обеспечивается режим постоянного
перегрева чувствительного элемента по отношению к корпусу и его независимость
от температуры последнего.
Недостатком устройства является пониженная
чувствительность в области малых измеряемых давлений, обусловленная наличием
тепловой связи чувствительного элемента с корпусом по элементам крепления
и связанных с ней тепловых потерь чувствиXI 00
о
CJ
VJ
00
N0
тельного элемента, не зависящих от измеряемого давления. .
Цель изобретения - повышение чувствительности в области малых измеряемых
давлений путем уменьшения тепловых по- терь чувствительного элемента по элементам крепления.
Эта цель достигается тем, что в тепло- электрический вакуумметр, содержащий
чувствительный элемент, включенный по- следовательно с первым резистором между
общим проводом и выходом усилителя, соединенным с первым входом аналогового умножителя
напряжений, выход которого соединен с первым входом усилителя, вто-
рой вход которого соединен с общей точкой первого резистора и чувствительного элемента
, резистор температурной компенсации , выполненный в виде цепочки из трех
последовательно соединенных резисторов: постоянного, с линейной и квадратичной
температурной зависимостями, включенный последовательно со вторым резистором
между общим проводом и выходом источника опорного напряжения, соединен-
ным со вторым входом умножителя напряжений , причем общая точка резистора
температурной компенсации и второго резистора , соединенная с третьим входом умножителя
напряжений, и выход усилителя через сумматор связаны с индикатором, дополнительно
введены резистор тепловой компенсации, третий резистор, второй усилитель
и второй аналоговый умножитель напряжений , при этом резистор тепловой
компенсации включен последовательно с третьим резистором между общим проводом
и выходом второго усилителя, который соединен с первым входом второго аналогового
умножителя напряжений, подключен- ного выходом к первому входу второго
усилителя, второй вход которого подсоединен к общей точке третьего резистора тепловой
компенсации, при этом второй вход второго умножителя напряжений соединен
с выходом источника опорного напряжения, а его третий вход с общей точкой второго
резистора и резистора температурной компенсации .
На чертеже приведена схема тепло- электрического вакуумметра.
Теплоэлектрический вакуумметр содержит корпус 1 с расположенным на нем элементом
2 крепления чувствительного элемента 3, соединенного последовательно
с первым резистором 4 между выходом усилителя 5 и общим проводом 6. Первый вход
усилитоля 5 подключен к. точке соединения порього резистор -1 и чувствительного элемента
3. Ре пск:р 7 ю пергпурной компенсации состоит из трех последовательно соединенных
резистооов: постоянного 8, с линейной 9 и квадратичной 10 температурными
зависимостями и соединен последовательно со вторым резистором 11 общим проводом
6 и выходом источника 12 опорного напряжения. Резистор 13 тепловой компенсации
размещен на элементе крепления 2 между корпусом 1 и чувствительным элементом
3 и соединен последовательно с третьим резистором 14 между общим проводом
б и выходом второго усилителя 15. Выход усилителя 5 соединен с первым входом
аналогового умножителя напряжений 16 и входом сумматора 17. Выход второго усилителя
15 соединен с первым входом второго аналогового умножителя напряжений 18.
Выход источника 12 соединен со вторыми входами умножителей 16 и 18 напряжения.
Общая точка второго резистора и резистора 7 температурной компенсации подключена
к третьим входам умножителей 16 и 18 и ко второму входу сумматора 17, выход которого
соединен с индикатором 19.
Теплоэлектрический вакуумметр работает
следующим образом.
Выходное напряжение усилителя 5, определяющее
нагрев и сопротивление чувствительного элемента 3, устанавливается
таким образом, чтобы напряжение на его входах было равно:
Ui6 U5 R3/(R3 + R4), . (1)
где U 1б выходное напряжение умножителя 16;
Us - выходное напряжение усилителя 5;
R3 - сопротивление чувствительного
элемента 3;
R4 - сопротивление резистора 4.
Напряжение на резисторе 7 температурной компенсации и выходное напряжение усилителя
5 определяют выходное напряжение умножителя 16:
Uie Ui2 (R + Rn) Us/Ui2, (2)
где U12 - выходное напряжение источника
опорного напряжения;
R и Rn - сопротивления резисторов 7
и 11 соответственно. Из(1) и (2) следует:
R7/(R7+Rii)R3/(R3+R4).
(3)
откуда сопротивление чувствительного элемента
3, устанавливающееся при нагреве, равно:
R3 R7-R4/Rn(4)
Выходное напряжение усилителя 15, определяющее нагрев и сопротивление резистора
13 тепловой компенсации, также зависит от сопротивления резистора 7 температурной
компенсации. По аналогии с (1)- (4) сопротивление резистора 13 тепловой
компенсации, устанавливающееся при нагреве , равно:
Ri3 R Ru/Rn,
где Ri4 - сопротивление резистора 14.
Из (4) и (5) следует, что при соответствующем
выборе сопротивлений резисторов 4 и 14 разность температур чувствительного
элемента 3 и резистора 13 тепловой компенсации может быть установлена и поддерживаться
равной нулю во всем диапазоне рабочих температур устройства. При этом
вследствие нагрева элемента крепления 2 резистором 13 тепловой компенсации до
температуры чувствительного элемента 3 на участке элемента крепления 2 между чувствительным
элементом 3 и резистором 13 тепловой компенсации образуется изотермическая зона и составляющая тепловых
потерь чувствительного элемента 3 по элементу крепления 2 практически исключается,
что сопровождается ростом относительной чувствительности S устройства, особенно в
области малых измеряемых давлений. Покажем это. Выразим относительную чувствительность формулой:
S-(1/W.) -dWj/dP,
где W - суммарные тепловые потери чувствительного
элемента 3;
Р - измеряемое давление.
Суммарные тепловые потери Л/Г складываются из потерь Wp за счет теплообме-
на с газовой средой, зависящих от измеряемого давления и тепловых потерь
Wp по элементам крепления, не зависящих от давления, т.е.
W Wp + Wo.
(7)
1 .0 Тогда: S (1/(Wo + Wp)) d Wp/dP. (8) Из (8) следует, что значительное снижение
Wo сопровождается повышением относительной чувствительности S устройства. Это
подтверждает достижение положительно15 го эффекта.
Формула изобретения
Теплоэлектричёский вакуумметр по авт.св. № 1599688,отличающийся тем,
20 что, с целью увеличения чувствительности в области малых измеряемых давлений, он
дополнительно снабжен резистором тепловой компенсации, третьим резистором, вторым
усилителем и вторым аналоговым
25 умножителем напряжений, при этом резистор
тепловой компенсации включен последовательно с третьим резистором между
общим проводом и выходом второго усилителя , который соединен с первым входом
30 второго аналогового умножителя напряжений , подключенного выходом к первому входу
второго усилителя, .второй вход которого подсоединен к общей точке третьего резистора
и резистора тепловой компенсации,
35 при этом второй вход второго умножителя
напряжений соединен с выходом источника опорного напряжения, а его третий вход - с
общей точкой второго резистора и резистора температурной компенсации.
