Способ измерения неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления

Способ измерения неэлектрических величин и преобразователь для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{11) 553503 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.12.75 (21) 2305286/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень № 13 (46) Дата опубликования описания 07.07.77 (51) М. Кл.е G01 L 11/00

G 01 L 21/34

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК

531.787 (088.8) (72) Авторы изобретения Ч. М. Джуварлы, Г. В. Вечхайзер, П. В. Леонов и Г. Р. Рзаев (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

АН Азербайджанской ССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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.

Известен способ определения давления газа, основанный на измерении напряжения возникно- 15 вения самостоятельного газового разряда между элек тродами преобразователя. Основ ным недостатком способа является малая точность, обусловленная в основном статистическим характером возникновения разряда между электродами. Для устранения этого недостатка предлагаются дополнительные поджигающие электроды и камеры. Электроразрядный метод измерения давления используется, когда

I за параметр, по которому судят о величине давления, принимается не напряжение зажигания разряда, а другая более устойчивая 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 первому, а о давлении судить по соотношению токов. Повышение точности в этом случае достигается эа счет усложнения процесса измерений. Недостаточная точность способа обусловлена следующими причинами: во — первых, зависимость электрических параметров электрического разряда от давления газа обусловлена в первую очередь концентрацией частиц в зоне, где происходят процессы ионизации. Известно, что в коронном разряде такой зоной является область чехла коронного разряда, т.е. непосредственно примыкающая к коронирую553503

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. Г1оскольку 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 диэлектриком, а за па,диаметр, по которому судят о неэлектрической 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 (pd) ((pd) р„тде р — давление, d — 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 соосные, но при этом соотношения между их геометрическими 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 полупериод 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, толщины 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, гто на электроды преобразователя подается переменное напряжение, представляется легко выполнимой операция усреднения наблюдаемого времени горения разряда. 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 которого общеизвестна. Для обеспечения равномерности зажигания разряда во всем разрядном промежутке 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 — d, 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 — электродная

553503 система предлагаемого преобразователя с плоскими электродами: на фиг. 3 - то же, с цилиндрическими соосными электродами: на фиг. 4 — пример графического построения характеристики преобразователя: на фиг. 5 — осциллограммы тока разряда преобразователя: на фиг. 6 — градуировочная характеристика, полученная экспериментально.

Для измерения, например, давления газа по предлагаемому способу на электроды

1 преобразователя (фиг. 2, 3) подают через последовательно включенный активный резистор 2 переменное синусоидальное напряжение. Величину напряжения выбирают такой, чтобы в разрядном промежутке преобразователя каждый полупериод напряжения возникал самостоятельный газовый разряд. Сигнал с резистора 2 подают на регистрирующий прибор, которым фиксируют сред- щ нее время горения разряда за полупериод.

В качестве такого прибора может быть использован осциллограф. Усреднение времени горения достигается тем, что при включении непрерывной развертки луч осциллографа многократно в единицу времени отмечает время горения, а наблюдаемая линия на экране является фактически усредненной.

Это не единственный метод усреднения и регистрации времени горения, Возможно 30 преобразование времени горения в электрический сигнал и затем измерение этого сигнала обычным стрелочным электроизмерительным прибором.

Осциллограмма тока разряда состоит из З5 двух синусоид (фиг. 1). По этой осциллограмме измеряется отрезок между началом зажигания разряда (точка a ) и концом полупериода, когда разряд гаснет (точка 5 ).

Преобразователь имеет конфигурацию 40 электродов 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 (фиг. 2) или трубок 3 (фиг. 3). Между пластинами или трубками газоразрядный промежуток 4. Один из электродов 1 соединяется с источником переменного напряжения непосредственно, а второй — через 50 резистор 2, например 50-200 ком. Выходной сигнал преобразователя снимается с резистора 2, Для перевода величины времени горения разряда в величину давления строится ха- 55 рактеристика преобразователя, методика построения которой показана на фиг. 4. Кривая 1 — это зависимость пробивного напряжения Kg газа от pd или давления(кривая Пашена). Кривая II представляет собой 60 величину

М = и, где И вЂ” амплитудное значение поданного на преобразователь переменного напряжения.

Кривая Ш представляет зависимость вреълени горения разряда pt, от величины .

hC = 0,02 0,2Б — „си,м>.п (— — 1)}

1 . 2

Кривая 1У - искомая характеристика преобразователя, т. е. зависимость времени горения разряда 1 от раб . Ee точки получаются от пересечения вертикальных

>линий с правой ветви кривой 1 с линиями последовательного переноса соответствующих точек кривой 1 на кривую Д, а затем на кривые ITI и 1У.

Как видно из примера, показанного на фиг. 4 для U = 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 деления

4 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 . Диэлектрическим

2 покрытием 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 закономерностях электрического разряда в промежутке, ограниченном диэлектриком. Его использование приведет к возможности достаточно точного измерения, например, давления газа в диапазоне нескольких тор с помощью электроразрядного преобразователя, который прост по устройству. технологичен, обладает необходимой стабильностью показаний и пригоден для работы в химически агрессивных средах.

Формула изобретения

1. Способ измеренац.-неэлектрических величин, например, давления газа, заключаю553503

Время дремя

Фиг. 2 щийся в том, что на электроды преобразователя подают переменное напряжение с амплитудой, обеспечивающей возникновение в межэлектродном пространстве электрического разряда, по параметру которого судят о 5 значении неэлектрической величины. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности без усложнения процесса измерений, электрический разряд возбуждают в промежутке, ограниченном диэлектриком. 1О а за параметр, по которому судят о неэлектрической величине, принимают среднее время горения -, е :три-1 эс.того разряда за пг од приложенного напряжения.

2. Преобразователь для ссуществлення спсзоба по и. 1, содержащий систему электродов, обеспе швающих однородное электрическое поле в межэлектродном промежутке, отличающийся тем, что в нем каждый из электродов отделен от про странства, в котором производится измерение, слоем прилегающего к электроду диэлектрика, имеющего одинаковую толщину в межэлектродной области.

3. Преобразователь по и. 2, о т л и ч а юшийся тем, что в нем диэлектрические слои на электродах выполнены из стекла.

553503

0,0И

0 20 40 ба ВО /00 120 ЮО fbî /80 2ОО

guEneprue агольца

Фиг. 6

Составитель О. Полев

Те зед С. Беда

Корректор И. Гоксич

Редактор О. Филиппова

Заказ 190/38

4 O,оа

C. 0,00 г, 0,00Л

0,002

О00

У б

Тираж 1101 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4