Механотронные манометры (манотроны)

1 - сильфон;

2 - корпус;

3 - подвижный анод;

4 - катод;

5 - подогреватель (нить накала);

6 - предохранительная трубка.

Конструктивно механотронный манометр выполнен на основе сильфонного манометра и вакуумного диода. Манометр содержит сильфон 1, размещенный в герметичном корпусе 2. Измерительную часть манометра составляет вакуумный диод, образованный подвижным анодом 3, катодом 4 и подогревателем (нитью накала) 5.

Подвижный анод 3 вакуумного диода жестко связан с торцом сильфона 1. Катод 4 нагревается нитью накала 5 до температуры, при которой начинается эмиссия электронов.

Сопротивление R_д вакуумного диода при постоянных электрических параметрах зависит только от расстояния х между подвижным анодом 3 и катодом 4:

R_д = С·х,

где С – константа вакуумного диода.

Поскольку расстояние х между катодом и анодом определяется давлением p_изм внутри сильфона 1, то для сопротивления R_д можно записать:

R_д = С·(l₀ – х), = С·(l₀ – p_изм/k_p),

где l₀ – расстояние между катодом и анодом при p_изм=0, k_p – жесткость по давлению сильфона.

После преобразования получим:

p_изм = k_p·(l₀ – R_д/С).

Таким образом, измерение давления рассматриваемым механотронным преобразователем сводится к измерению электрического сопротивления известными способами.

Упор 6 в конструкции предохраняет механотронный датчик от разрушения при чрезмерном увеличении p_изм.

Диапазон измеряемых давлений определяется жесткостью сильфона 1 и может достигать 60 МПа (как у сильфонных манометров). Погрешность измерения составляет ±(2…5) %.

Механотронные манометры целесообразно использовать для измерения абсолютного давления вакуума в диапазоне от 0 до 13 кПа (100 мм рт.ст.) вследствие малой погрешности измерения.

Свойства манометров:

- имеют линейную шкалу;

- показания не зависят от химического состава контролируемой среды.

Тепловые вакуумметры

Принцип действия: зависимость температуры тонкого нагревателя от давления вследствие теплопереноса в газах.

Рассмотрим схему термопарного вакуумметра.

1-2 – тонкая нихромовая проволока (нагреватель);

3-4 – термопара хромель-копель;

5 - точка контакта нагревателя и рабочего спая термопары;

6 - баллон.

Чувствительный элемент вакуумметра образован тонким нагревателем 1-2 из нихромовой проволоки и термопарой 3-4 хромель-копель. Нагреватель и термопара размещены в баллоне 6, куда подается давление p_изм, которое требуется измерить. Нихромовый нагреватель 1-2 и рабочий спай термопары 3-4 контактируют в точке 5, где измеряется температура нагревателя. Через нагреватель 1-2 пропускают стабильный электрический ток (около 100 мА). В зависимости от давления p_изм изменяется скорость теплопереноса от нагревателя 1‑2 к холодным стенкам баллона 6. Соответственно, изменяется температура нагревателя 1-2 и термоЭДС, вырабатываемая термопарой 3-4.

Тепловой вакуумметр работает в диапазоне от 0,13 до 133 Па (10^-3…1 мм рт.ст.) с погрешностью не более ±15%.

Свойства тепловых вакуумметров:

- нелинейная шкала вследствие зависимости скорости теплопереноса в газах от давления;

- невысокая точность из-за зависимости показаний от химического состава газа;

- обратная шкала (меньшему давлению соответствуют бóльшие показания);

- единственный датчик для указанного диапазона давлений.