Устройство для измерения давления в вакуумных системах

Устройство для измерения давления в вакуумных системах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ls»s G 01 L 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (lOCMATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4845745/10 (22) 29.06.90 (46) 30,04,93, Бюл. N 16 (71) Московский институт стали и сплавов (72) Е. Д. Орлов, А. Г. Фохтин, А. К, Трушов, S.À. Попов, M. P. Меньшиков, П. П, Боровой, Ф. А. Петрище, М, И. Антонов, В. И, Сыров и Г. М. Чурсин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1545120, кл. 6 01 1 9/10, 1990, Агейкин Д. И.,Костина 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 контроле параметров внепечной обработки стали циркуляционным и струйным способами вакуумирования. Цель: повышение точности измерений и надежности устройства для измерения давления в вакуумных системах.

Сущность изобретения: устройство содержит механотронный датчик давления в виде первого механотрона, подвижный анод которого механически связан с мембраной и

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано, в частности, при контроле параметров внепечной обработки стали циркуляционным и струйным способом вакуумирования.

Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже, „;. Ы „„ I812453 А1 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 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 мем-. браной 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. 1 ил.

Устройство содержит механотроны 1,2

6МДХ11С и 6МДХ5С, у которых узел перемещения анода сопряжен в одном случае с мембраной 3, а в другом — с сильфоном 4, выполненным из стали марки 36НХТ18М аустенитной структуры и имеющим диамагнитные свойства. Механотроны 1,2 подключены к стабилизированному источнику питания 5 с выходами по напряжению постоянного тока 24 В 24 В, + 12 В и 6,3 В

1812453 переменного тока. Анодными нагрузками механотронов 1, 2 служат активные резисторы Rá, R7, R8, R9. Надмембраной3 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 С13. На наружной поверхности механотрона 2 в области расположения сильфона 4 расположена катушка 14 с дифференциально включенными индуктивностями L15. L16 из провода ПЭ — 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-4, 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 18помещены в другой корпус. Соединение между корпусами осуществляется электрическим кабелем с помощью разьемов типа ШР.

Устройство работает следующим образом. штуцеров 17 и вакуум-плотной резиновой трубки подключены 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 индуктивностями 15, L16 образуют колебательный контур высокочастотного генератора 19. Генератор 19 выполнен. на двух транзисторах типа КТ301 по схеме, особо чувствительной к питающему напряжению 0 (Дж. Маркус. "Применение электронной автоматики". Изд-во иностранной литературы. M., 1962, с. 325), Питающее напряжение к генератору подключают с анодных нагрузок R7, R9 через контакты реле К.1,1.,К,1.2, 35 электронного ключа 20. Выход генератора l.9 подключен на вход преобразователя 21, который выполнен по схеме активного выпрямителя на микросхеме типа К553УД1 с высокочастотными диодами на выходе и в "0 .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 С13 будет увеличиваться, что приведет к расстройке колебательного контура генератора 19 и, следовательно, вызовет соответствующее изменение его частоты, Одновременно с изменением емкости конденсатора С13 изменяется ток через сдвоенный диод механотрона 1, что вызывает соответствующее изменение потенциала на его анодной нагрузке R7. Величина этого потенциала относительно отрицательной шины сдвоенного диода механотрона 1 является напряжением питания генератора 19, шина которого через контакты К1.1., К,1.2. реле (P3C — 22) электронного ключа 20 подключена к анодным нагрузкам R7, R9 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, сраба1812453

10 изменение индуктивностей L15, L16 в колебательном контуре генератора 19 L 15, L16, последовательно и дифференциально вклю- 15

25

30 сдвоенного диода и, следовательно, изме- 35 нение напряжения на шинах генератора 19, что вызывает изменение режима его воз40

45 тывает электронный ключ 20, Реле, включенное на его выходе, обесточивается, происходит размыкание и замыкание контактов

К,1,1„К.1.2., в результате чего выходное напряжение измерительной схемы по постоянномутокус нагрузки R7 переключается на шине генератора 19 на выходное напряжение R9 механотрона 2. Уменьшающееся далее давление в вакуумопроводе воспринимается сильфоном 4 мехвнотрона

2, который под действием этого давления сжимается. Сжатие сильфона 4 вызывает ченные 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

L15, L16 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 выходе генератора 19. Кроме того, при сжатии сильфона 4 происходит изменение падения напряжения на анодной нагрузке R9 буждения по амплитуде. Таким образом, преобразование диапазона низкого давления в вакуумопроводе происходит с помощью механотрона 2 и катушки индуктивностей L15, L16 аналогично преобразованию, осуществляемому с помощью механотрона 1. С выхода генератора 19 сформированный сигнал поступает на вход 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 напря>кение.преобразователя 21 изменяется вместе с частотой и амплитудой поступающего на вход 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., 50

55 с. 271,), Однако следует считать, что чувствительность устройства в целом достигается эа счет двойного преобразования давления (деформации) в сигнал сложной формы как по частоте, так и lO току и выражается в следующем виде Snp-Sl Я ° где Я вЂ” крутизна преобразования деформации по току;

Sf - крутизна преобразования деформации 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 R7, 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 С13 и индуктивности L15, L16 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 С13, а затем индуктивностей L15, Пб. Сигнал на выходе генератора 19 синхронно изменяется с ростом разре>кения 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 дегазэции

1812453 жидкого металла, Предложенное двойное преобразование давления, сочетающего одновременное преобразование по постоянному и переменному току с целью образования сложной формы сигнала, в зна- 5 чительной мере повышает точность и чувствительность преобразования.

Пример конкретной реализации.

Емкость конденсатора С 13 составляет около 22 и Ф, суммарная индуктивность L15, 10

L16- около 1 мГн. Генератор 19 работает на частоте 7 МГц, изменение частоты генератора 19 в диапазоне от 0,1 МПа до 13,3 Па составляет 2,1 МГц, а амплитуда выходного сигнала преобразователя 21 изменяется от 15

0 до 100 м В (милливольт), мощность, потребляемая устройством, составляет 15 Вт. Устройство было проградуировано по образцовому манометру типа MO в области низких давлений 13,3 65,5х10 Па, а в ос- 20 тальном диапазоне — по У-образному ртутному манометру. Подвключение устройства в вакуумопровод циркуляционной установки позволило визуально наблюдать и регистрировать на диаграммную ленту внешнего 25 самопишущего потенциометра типа КСП-4, включенного параллельно измерительному прибору 22, динамику изменения вакуума в ходе обработки жидкого металла,,Использование предлагаемого устрой- 30 ства в качестве измерительного устройства на установке циркуляционного вакуумирования позволит получить по сравнению с прототипом следующие технико-экономические преимущества, 35 — повышение точности измеряемого давления в диапазоне 0,1 МПа 13,3 Па в 6 раз; — стабилизировать показания устройст- 40 ва при отклонении напряжения питания на -20,ь от номинального; — снижение влияния помех на 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 меха нотрона вокруг сильфона и включены встречно в частотно-задающую цепь автогенераторной схемы, в которую включен также конденсатор, образованный мембраной первого механотрона и введенным B 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.

1812453

Составитель А.Фохтин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1571 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4Л