ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНО-ВЯЗКОСТНЫЙ ВАКУУММЕТР-РЕЛЕ

-2
Заявляемое устройство относится к области измерения и регулировки давления газа в диапазоне от 1×10 до 1000 Торр, и может применяться в вакуумных технологиях и устройствах, использующих газ переменного давления. В автоматизированных системах управления (АСУ) вакуумными насосами и вакуумными клапанами, в исполнительных механизмах вакуумных систем и других элементов вакуумных АСУ, в качестве малоинерционного сигнализатора разгерметизации контролируемого объема газа.
-3
-3
-4
-3
Известные электронные реле вакуума на диапазон низкого и среднего вакуума состоят из датчика, электронного блока обработки сигнала и электромеханического реле. В качестве датчиков, в данных приборах используются мембранно-деформационные датчики, разного типа, например пьезо-, тензорезистивные, емкостные, с диапазоном измерения давления от 0,1-1 до 760 Торр и тепловые, например терморезистивные, с диапазоном измерения от 1×10 до ~20 Торр. С помощью тензорезистивных датчиков можно измерять и более высокий вакуум до 10-10 Торр, но для этого требуется использовать нескольких датчиков этого типа в одном приборе, что приводит к сложной конструкции прибора, его электронной части, и ограничивает практическое использование. Тепловые датчики конвекционного типа также имеют более широкий диапазон 1×10 до 760 Торр, но в диапазоне ~ от 50 до 760 Торр, они имеют большое время отклика и чувствительны к расположению прибора (горизонтально или вертикально), что делает их не надежными при использовании в качестве реле в производственных условиях (Вакуумная техника: Справочник / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова и др.: Под. общ. ред. Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева. - М: Машиностроение, 1992. - 489 с; Vacuum Technology. Practice for Scientific Instruments. / N. Yoshimura / Springer 2008. pp. 354.; Справочник по вакуумной технике и технологиям / Под ред. Д. Хофман, Б. Сингха, Дж. Томаса III / пер. с анг. Ю.Л. Цвирко, под ред. В.А. Романько, С.Б. Нестерова. - М: Техносфера, 2011.).
-9
В широкодиапазонных реле вакуума с рабочим диапазоном от 1×10 до 760 Торр используются, как минимум два датчика - на низкий, средний и высокий вакуум с перекрывающимися диапазонами измерения, и более сложными электронными блоками преобразования первичных сигналов датчиков (INFICON, Каталог средств контроля вакуума, реле вакуума VSA200, VSD200; ООО Мерадат, Каталог продукции, вакуумметр с реле ВИТ19ИТ2).
-3
Известны электронные реле вакуума (THYRACONT Vacuum Instrument GmbH, Каталог продукции, реле вакуума VRC и VRP) состоящие из пьезорезистивного датчика (реле VRC), терморезистивного датчика (реле VRP), электронного блока обработки сигнала, элемента настройки точки срабатывания реле и электромеханического реле. Однако каждое из данных реле имеют малый диапазон измерения вакуума и настройки срабатывания реле. Для пьезорезистивного реле VRC диапазон составляет 4-1050 Торр. Для терморезистивного реле VRP диапазон 1×10 - 15 Торр.
-9
Наиболее близким аналогом к заявляемому пьезорезонансно-вязкостному вакуумметру-реле является широкодиапазонный вакуумметр (Руководство по эксплуатации вакуумметра СС-20, http://www.televac.com). В качестве датчика на диапазон давлений 0,01-1000 Торр в данном вакуумметре используется пьзорезонансный датчик, а именно кварцевый резонатор камертонного типа. Данный вакуумметр в едином корпусе содержит пьезорезонансный датчик, ионизационный датчик на диапазон 10 - 0,01 Торр, электронный блок обработки сигнала и блок индикации. Однако в этом вакуумметре отсутствует реле, со схемой управления и настройки.
Заявляемое устройство - пьезорезонансно-вязкостный вакуумметр-реле, блок-схема, которого приведена на рис. 1., состоит из стандартного низкочастотного кварцевого камертонного резонатора 1, находящегося в стандартном корпусе 2; термодатчика 3, измеряющего температуру резонатора и механически контактирующего с его корпусом 2; схемы генератора и преобразователя импеданса кварцевого резонатора в напряжение выходного сигнала 4; блока подстройки сигнала датчика в зависимости от состава газа 5; схемы компараторов 6, управляющих светодиодами двенадцати-точечного индикатора 7; блока настройки гистерезиса реле при произвольном выборе давления 8; блока настройки срабатывания реле при произвольном выборе давления 9; шестнадцати-позиционного трехрядного штыревого разъема, предназначенного для выбора и настройки значения давления срабатывания реле и гистерезиса срабатывания по фиксированным и произвольным значениям давления газа 10; трехразрядного индикатора относительного значения давления газа 11; драйвера управления реле 12; электромеханического реле 13; преобразователя напряжения 220 В/12 В, при питании прибора от сети 14; разъема 15 при питании от внешнего источника 12 В; контактов реле 16, 17; разъема с аналоговым выходом сигнала первичного преобразователя (0-10 В) - 18; фланцевого вакуумного ввода 19. В корпусе резонатора 2 имеется отверстие 20 для прохода газа. В приборе используются стандартные коммерчески-доступные кварцевые резонаторы в металлическом корпусе цилиндрической формы, размером: 3 мм (диаметр), 8 мм (длина). Резонансная частота используемого кварца 32768 Гц.
Пьезорезонансный вакуумметр-реле работает следующим образом. Импеданс кварцевого резонатора 1 (см. рис. 1) увеличивается пропорционально давлению газа. Сигнал напряжения связанный с изменением импеданса резонатора поступает из генератора и усиливается в преобразователе 2. После чего сигнал поступает на компараторы блока 3, где сравнивается с заданными двенадцатью значениями напряжения, соответствующих, в свою очередь двенадцати значениям давления: 700-500-300-100-50-10-5-1-0,5-0,1-0,05-0,01 Торр. Если сигнал датчика, меньше заданного на компараторе напряжения, то этот компаратор включает соответствующий светодиод. Например, если давлению 100 Торр соответствует напряжение 7,0 В, то при напряжении поступающего с преобразователя равным 7,1 В, будет гореть светодиод 300 Торр, а при достижении напряжении с преобразователя 7,0 В и ниже будет гореть светодиод 100 Торр и т.д. Точность индицирования каждого из двенадцати значений составляет менее 10%.
Параллельно, напряжение с компараторов поступает на контакты штыревого разъема для настройки срабатывания реле на двенадцать фиксированных значений давления.
Трехразрядный индикатор 10 (см. рис. 1.) показывает напряжение выходного сигнала с преобразователя 2 в диапазоне 0,1-10 В, что соответствует 0,01-100 Торр и предназначен для относительной оценки изменения давления и для настройки срабатывания реле на произвольно выбранное значение вакуума.
Установка произвольного значения срабатывания и гистерезиса реле производится с помощью блоков 8, 9, замыканием соответствующих контактов на штыревом разъеме и переключением цифрового индикатора 11 на время установки, также с помощью штыревого разъема. Установка фиксированных значений срабатывания и гистерезиса производится с помощью замыкания соответствующих контактов на штыревом разъеме, при этом выход соответствующей точки индикации соединяется с входом драйвера реле 12.
Преимуществом предлагаемого пьезорезонансно-вязкостного вакуумметра-реле перед аналогом, является более простая, оптимизированная конструкция и наличие встроенного электромеханического реле со схемой управления и настройки.