МАНОВАКУУММЕТР

Полезная модель относится к области вакуумной техники и может использоваться для контроля и измерения давления газов и паров летучих компонентов в нагреваемых замкнутых объемах и ампулах, например, при исследовании гетерофазных равновесий и/или в процессе выращивания монокристаллов.
Широкое распространение получили деформационные манометры. Измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругих чувствительных элементов: трубчатых манометрических пружин -одно- и двухвитковых, S-образных, винтовых, геликоидальных, спиральных; плоских и гофрированных мембран; мембранных коробок; сильфонов; цилиндрических трубок и стаканов. Простота преобразования давления в упругую деформацию чувствительного элемента и большое разнообразие удобных в эксплуатации конструкций обусловили широкое применение деформационных манометров. Наибольшее распространение получили так называемые пружинные манометры с одновитковым трубчатым чувствительным элементом. Под действием давления деформируется сечение пружины и происходит перемещение ее свободного конца, преобразуемое передаточным механизмом в перемещение стрелки, которая показывает давление по шкале. Диапазон измерения обычно 0,1-2500 МПа, погрешность 0,164%, (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2428.html).
Непосредственное измерение давления паров летучих компонентов в нагреваемом замкнутом объеме, например в ампуле, такими приборами невозможно: пары агрессивны, а температура испарения и конденсации может составлять 500°C.
Известна труба Бурдона, представляющая собой тонкую полую трубку эллиптического, овального или какого-нибудь другого вытянутого сечения, изогнутую по окружности и запаянную на одном конце. Запаянный конец трубки связывается с подвижным контактом, например, потенциометра, из-за того что трубка имеет форму спирали она, вследствие повышения давления, раскручивается настолько, насколько это требуется для точных показаний (http://ru.wikipedia.org/wiki).
В качестве наиболее близкого аналога рассмотрим компенсационный манометр, содержащий кварцевый сосуд с упругим элементом в виде кварцевой спирали, полость которой сообщается с ампулой каналом, а другой конец спирали закрыт и соединен с последующими элементами системы. (Авт. свид. СССР №1592766, кл. G01N 25/02. 17.11.87. Способ исследования гетерофазных равновесий и устройство для его осуществления. Гамазов А.А., Гамазов А.А. мл., заявитель КубГУ. Опубл. 15.09.90. Бюл. №34).
Все перечисленные устройства для работы с ними требуют использования дополнительных внешних устройств измерения давлений, что неудобно при их эксплуатации, а в ряде случаев невозможно.
Техническим результатом является создание мановакуумметра, позволяющего непрерывно измерять давления паров летучего компонента внутри нагреваемого замкнутого объема, например, ампулы, и простого в использовании.
Для достижения технического результата предлагается во внутрь цилиндрического кварцевого корпуса мановакуумметра установить трубчатую цилиндрическую спираль из кварцевого стекла, которая скреплена с нижней частью корпуса, а закрытым верхним концом - с указателем деформации, расположенным снаружи на корпусе. Трубчатая цилиндрическая кварцевая спираль на конце имеет откачной отросток, через который она вакуумирована и запаяна.
Отличительным признаком заявляемой полезной модели является выполнение трубчатой цилиндрической кварцевой спирали, выполненной герметичной и вакуумированной.
Величина деформации спирали, определяемая разностью наружного и внутреннего давлений; пропорциональна только наружному давлению в связи с тем, что внутреннее давление в спирали равно нулю. Следовательно, измеряемое давление будет полным, и в дополнительных измерениях нет необходимости. Мановакуумметр устанавливают в ампуле, обеспечивая визуальный контроль положения указателя деформации относительно меток на верхней кромке корпуса мановакуумметра для визуального измерения давления по величине деформации кварцевой спирали.
На фиг.1а) приведен чертеж устройства для измерения давлений - мановакуумметр с разрезом по А-А, а на фиг.1б) вид сверху.
На фиг.2 показан мановакуумметр в составе устройства для исследования гетерофазных равновесий и получения монокристаллов.
Мановакуумметр (фиг.1) состоит из кварцевого цилиндрического корпуса 1 и трубчатой кварцевой спирали 2, скрепленной в ее нижней части с кварцевым корпусом 1. Верхний конец трубчатой кварцевой спирали 2 имеет указатель деформации 3, расположенный снаружи на корпусе 1, а нижний конец кварцевой спирали 2 имеет откачной отросток 4.
Формуют мановакуумметр следующим образом. После сборки устройства осуществляют его отжиг при температуре 900-1000°С в течение 2-3 часов с охлаждением вместе с печью. После этого, на кварцевом цилиндрическом корпусе 1, против указателя деформации 3 делают нулевую метку, отступая от которой на 2-3 мм делают вторую, более короткую метку. По известному расстоянию между метками определяют увеличение микроскопа с окулярным микрометром и цену деления, видимого в окулярном микрометре.
Кварцевую спираль 2 вакуумируют и запаивают. Барометром замеряют атмосферное давление и по деформации кварцевой спирали 2 определяют давление на единицу длины измеряной деформации. Откалиброванный мановакуумметр готов к работе. Для удобства последующих измерений используют таблицы и графики.
Как используют мановакууммегр показано на фиг.2. В ампулу 5 устанавливают якорь 6 и сердечник электромагнита 7. В полость якоря 6 устанавливают пробирку 8 с летучим компонентом 9, вес которого непрерывно измеряют по току электромагнита, при котором якорь 6 удерживается магнитным полем в определенном положении. На сердечник электромагнита 7 устанавливают шток 10 на подставке и мановакууметр. На шток устанавливают графитовую муфту 10, в которой закрепляют тигель 12 с легкоплавкими компонентами 13. Ампулу 5 вакуумируют и запаивают. Проверяют положение указателя деформации 3 на нулевой метке. При наличии отклонений их учитывают как систематическую ошибку.
Мановакууметр обеспечивает измерение давлений в диапазоне 500 Па - 300 кПа с точностью ± 200 Па, при температуре до 500°С - несколько месяцев, а при температуре до 700°С не более 20 суток, с заметной остаточной деформацией, при действии больших давлений.
Технико-экономические преимущества использования мановакуумметра состоят в простоте конструкции, возможности автономного использования и непрерывного визуального измерения давлений в широком диапазоне с достаточной точностью.