CS270946B1 - Device for gases' low pressures measuring - Google Patents

Description

(54)

KUBA JAN ing. CSc, PRAHA,

KASAL PAVEL ing., BRANDÝS NAD LABEM

Zařízení pro měření nízkých tlaků plynů

Je řešeno jednoduché zařízení, vykazující velkou přesnost vyhodnocování tlaku z velikosti střídavého napětí. Mezi pevnou vstupní elektrodou /3/ a pevnou výstupní elektrodou /4/ je umístěna membrána /2/. Vstupní pevná elektroda /3/ je připojena ke generátoru /1/ Časově proměnného budicího napětí, jehož frekvence je rovna hodnotě mechanické rezonanční frekvence membrány /2/. Pevná výstupní elektroda /4/ je připojena k měřiči /8/ střídavého napětí. Membrána /2/ může být kovová nebo nekovová s nanesenou elektricky vodivou vrstvou nebo je tvořena nabitým elektretem. V prvních dvou případech musí být spojen přes oddělovací člen /5/ se zdrojem /6/ stejnosměrného polarizačního napětí.

cs 270 946 ,ΒΙ

CS 270 946 81

Vynález se týká zařízení pro měření nízkých tlaků plynů využívající membránu.

Dosud známá zařízení pro měření nízkých tlaků plynů využívající membránu v principu využívají statické deformace pružné membrány, přičemž z velikosti deformace určené optic- . kou, elektrickou, magnetickou nebo jinou indikaci se stanoví odpovídající tlak, případně rozdíl tlaků mezi dvěma oddělenými prostory. Nedostatky membránových vakuometrů tohoto typu spočívají zejména v poměrně komplikovaném způsobu indikace deformace membrány a obvykle nižší citlivosti a přesnosti měření.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření nízkých tlaků plynů využívající membránu, podle vynálezu. Podstatou tohoto zařízení je, že membrána je umístěna mezi pevnou vstupní a pevnou výstupní elektrodou. Mezi pevnou vstupní elektrodu a membránu je připojen generátor časově proměnného budicího napětí. Pevná výstupní elektroda je na opačné straně membrány připojena к měřiči střídavého napětí. Pokud je membrána kovová nebo nekovová s nanesenou elektricky vodivou vrstvou, pak mezi membránu a druhou elektrodu je přes oddělovací člen, například režistor, připojen zdroj stejnosměrného polarizačního napětí. V případě, že je membrána tvořena elektretem s trvalým nábojem, zdroj stejnosměrného napětí není zapojen a je nahrazen vodivým spojením. Pro dosažení dostatečné citlivosti uspořádání podle vynálezu je nutné, aby frekvence časově proměnného budicího napětí byla shodná s mechanickou rezonanční frekvencí uvedené membrány. V tomto případě je amplituda kmitů membrány největší a je také největší citlivost soustavy na změny tlaku prostředí.

Výhodou navrhovaného zařízení pro měření nízkých tlaků plynů podle vynálezu je jednoduchost a přesnost vyhodnocování měřené veličiny, to je střídavého napětí, jehož velikost po ocejchování stupnice slouží pro přímý odečet tlaku. Další výhodou je to, že závislost měřeného střídavého napětí na tlaku je v určitém rozsahu tlaků přibližně lineární.

Vynález je blíže popsán na příkladu jeho provedení podle obr. 1. Na obr. 2 je vynesena závislost hodnoty výstupního napětí na tlaku plynu.

Mezi pevnou vstupní elektrodou 2 ^a pevnou výstupní elektrodou £ je umístěna membrána 2. Mezi pevnou vstupní elektrodou 2 ^a membránu 2 Ó^e připojen generátor 2 časově proměnného budicího napětí..Mezi pevnou výstupní elektrodu £ a membránu 2 je přes oddělovací člen 2» například režistor, připojen zdroj £ stejnosměrného polarizačního napětí. Paralelně ke zdroji 2 stejnosměrného polarizačního napětí a oddělovací člen 6 je připojen měřič jB střídavého napětí v sérii s oddělovacím kapacitorem 2· ^v praxi bývá tento kapacitor 7 součástí m ěřiče 2 střídavého napětí.

Nízkofrekvenční časové proměnné napětí je přiváděno z generátoru 2 časově proměnného budicího napětí mezi pevnou vstupní elektrodu 2 elektromechanické soustavy a membránu 2 ^a způsobí rozkmitání této membrány 2. Mezi pevnou výstupní elektrodu £ a membránou 2 Ó^e připojen zdroj £ stejnosměrného polarizačního napětí, které je přiváděno přes oddělovací člen 5. Na pevné výstupní elektrodě £ je snímáno výstupní střídavé napětí pomocí měřiče £ střídavého napětí, který je к pevné výstupní elektrodě £ připojen v tomto případě přes oddělovací kapacitor 2· ^v případě, že membránu 2 tvoří nabitý elektret, zdroj £ stejnosměrného polarizačního napětí není zapojen a je nahrazen vodivým spojením. Dojde-li к vychýlení membrány 2 к pevné vstupní elektrodě 2» kapacita kondenzátoru tvořeného membránou 2 a pevnou výstupní elektrodou £ poklesne a naopak. Časově proměnné napětí přiváděné na pevnou vstupní elektrodu 2 ^se tedy projeví ve změnách kapacity kondenzátoru tvořeného membránou 2 a pevnou výstupní elektrodou £. Za těchto okolností a díky polarizačnímu napětí vzniká na pevné výstupní elektrodě £ střídavé napětí. Velikost střídavého napětí závisí na velikosti nízkofrekvenčního časově proměnného napětí a na velikosti stejnosměrného polarizačního napětí a na hustotě prostředí, v němž membrána 2 kmitá. Podstata měření tlaku p plynu v okolí definovaně·předepjaté ^membrány 2 určité2

CS 270 946 B1 ho druhu spočívá v tom, že při mechanické rezonanci membrány 2, to je při konstantním časově proměnném budicím napětí, konstantním stejnosměrném polarizačním napětí a pro daný druh plynného prostředí, vykazuje výstupní napětí výraznou závislost na tlaku p plynu obklopujícího membránu 2. Kmity membrány 2 jsou tlumeny tím méně, čím méně molekul plynu na membránu 2 dopadá.

Ze závislosti hodnoty výstupního napětí na tlaku p plynu, resp. vzduchu, je zřejmé, že citlivost metody je omezena v oblasti vyšších tlaků plynu, kde je amplituda kmitů při rezonanci membrány 2 vlivem vysokého útlumu nevýrazná, tudíž i hodnoty výstupního napětí, resp. jeho změny při změně tlaku plynu p,jsou velmi malé. V oblasti nízkých tlaků plynu je použitelnost tohoto uspořádání omezena tím, Že při dostatečně nízkých tlacích se fluktuace hodnoty tlaků projeví na změně amplitudy výstupního napětí nepatrně. Z těchto omezení vyplývá praktická použitelnost navrhovaného uspořádání pro měření nízkých tlaků plynů podle vynálezu v rozsahu .10° až 10“·⁵ Pa. Rozsah použitelnosti zařízení /pro měření nízkých tlaků plynů podle vynálezu bude záviset na provedení, elastických vlastnostech a rozměrech membrány.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro měření nízkých tlaků plynů s membránou, vyznačující se tím, že membrána /2/ je umístěna mezi pevnou vstupní elektrodou /3/ a pevnou výstupní elektrodou /4/, přičemž vstupní pevná elektroda /3/ je připojena к výstupu generátoru /1/ časově proměnného budicího napětí, jehož frekvence je rovna hodnotě mechanické rezonanční frekvence membrány /2/ a pevná výstupní elektroda /4/ je připojena к měřiči /8/ střídavého napětí.
2. 2. Zařízení pro měření nízkých tlaků plynů podle bodu 1, vyznačující se tím, že membrána /2/ je kovová a je připojena přes oddělovací člen /5/ na zdroj /6/ stejnosměrného polarizačního napětí.
3. 3. Zařízení pro měření nízkých tlaků plynů podle bodu 1, vyznačující se tím, že membrána /2/ je nekovová s nanesenou elektricky vodivou vrstvou a je připojena pres oddělovací člen /5/ na zdroj /6/ stejnosměrného polarizačního napětí.
4. 4. Zařízení pro měření nízkých tlaků plynů podle bodu 1, vyznačující se tím, Že membrána /2/ je tvořena nabitým elektretem.