менения динамометра. Под воздействием усилия F подвижная колодка 3 перемещается относительно неподвижной колодки 2. Указанное перемещение через пружину 5 передается штырю механотрона и вызывает •соответствующее смещение его анода относительно катодов. При этом в мостовых схемах (см. рис. 2.12,6) возникает разбаланс напряжений, который может быть отсчитан по выходным отсчетньш приборам ИПх и ЯЯг. Показание каждого из этих приборов пропорционально одной из двух составляющих измеряемого вектора усилия, который таким образом раскладывается на составляющие (компоненты) в прямоугольной системе координат с осями ММ и NN.

Зная расположение в пространстве осей ММ и NN и значения обеих составляющих измеряемого усилия, •обычными методами можно найти величину (модуль) и направление плоскостного вектора усилия F.

Очевидно, варьируя диаметр стержней, образующих упругую систему датчика, можно значительно расширить диапазон измеряемых динамометром векторов силы. Были получены реальные конструкции таких датчиков с диапазонами измерений 0-1; 0-5; 0-10; О-20 И. При этом погрешность измерений вектора силы составляла не более 1%.

На рис. 5.14 схематично изображена конструкция датчика механотронного моментомера [71, 72].

Жесткий диск 1 соединен с основанием 2 моментомера тремя плоскими пружинами 3, концы которых

вмонтированы в диск ) и в основание 2. Плоскости пружин 3 перпендикулярны к диску и расположены радиально под углом 120° одна к другой. Плоскости диска 1 и основания 2 параллельны.

На основании 2 с помощью винтов 4 укреплен кожух 5, в который вмонтирован механотронный

Рис. 5.14. Механотронный мо-ментомер

преобразователь перемещений 6 типа6МХ1С. Штырь 7 механотрона соединен с диском 1 посредством упругой эластичной мембраны 8. Края мембраны с помощью жесткого кольца 9 и винтов 10 закреплены на диске У, а центр мембраны посредством втулки 11 и винта 12 соединен с концом штыря 7. Измеряемый момент сил прикладывается к муфте 13, укрепленной с помощью, гайки 14 в центре диска /.

Приложение момента М к муфте 13 вызывает поворот диска / относительно основания 2 на некоторый, угол, пропорциональный величине момента М. Величина угла поворота зависит также от жесткости пружин 5.. При этом поворот диска / приводит к смещению штыря 7 механотрона. Это вызывает перемещение анодов механотрона относительно его катода, что приводит к появлению сигнала на выходе мостовой измерительной" схемы, в которую включен механотрон. Таким образом, контролируемый момент М преобразуется в выходной электрический сигнал механотрона, пропорциональный величине этого момента.

Механотронные моментомеры применяются для измерения моментов вращения машин и механизмов, в. моментных ключах - для контроля усилий завинчивания болтов и т. д. При этом разработаны реальные датчики механотронных моментомеров, рассчитанные на измерение моментов в диапазонах 0-10; 0-50; 0-100;: 0-250 и 0-500 Нм.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНОТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ПРИБОРАХ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.J. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И РАСХОДА ГАЗОВ

При производстве электровакуумных и газоразрядных приборов, интегральных микросхем и других изделий электронной техники часто возникает необходимость в манометрическом устройстве, которое позволяло бы измерять и регистрировать полное давление различных газов и газовых смесей в диапазоне 1-2-105 Па (окола

10-2-1500 мм рт. ст.) с точностью ±5-+8%, причем результаты измерений не должны зависеть от рода газа или пара, давление которых измеряется. Особенно актуальным является обеспечение измерения разрежений агрессивных газов в области низкого (10-10 Па) и среднего (1-10 Па) вакуума с указанной точностью.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает несколько типов вакуумметров, основанных иа различных физических принципах действия и позволяющих измерять давление в областях низкого и среднего вакуума. Однако показания серийно выпускаемых вакуумметров, как правило, зависят от рода газа (пара), давление которого измеряется. Кроме того, эти вакуумметры имеют высокий уровень погрещности измерений, доходящий до ±100% [74], а из-за низкой кор-розиестойкости датчиков не могут использоваться для контроля давления агрессивных газов.

Для указанных целей успешно используются манометры и вакуумметры на основе применения механотронных преобразователей (см. рис. 4.13). В зависимости от типа манотрона подобные приборы обеспечива-iOT измерение вакуума в диапазоне 0,1-10 Па, давлений, близких к атмосферному (7,3-10*-1,2-10 Па), и избыточных давлений (до 10 Па). Упругие чувствительные элементы манотронов еакуумметрического диапазона выполнены из коррозиестойкой нержавеющей стали, что позволяет использовать их для контроля давлений агрессивных газов.

Манотронный вакуумметр содержит измерительный •блок, аналого-цифровой преобразователь, выполненный по схеме, изображенной на рис. 3.14, и цифровой отсчетный прибор. Измерительный блок этого вакуумметра рассчитан на работу в комплекте с одним манотроном. В зависимости от типа манотрона он может быть использован для измерения вакуума в диапазонах 0,1 - 133 Па (с манотроном 6МДХ12С), 1 -1,33-103 Па (с манотроном 6М.ДХ4С), 13,3-10* Па (с манотроном €МДХ5С) и 1,33-103-105 Па (с манотроном 6МДХ11С).

На одновременную работу в комплекте с тремя манотронами типов 6МДХ5С, 6МДХ11С и 6МДХ12С рассчитан измерительный блок широкодиапазонного манотронного вакуумметра. Измерительный блок обеспечивает автоматическое переключение трех поддиапазонов измерений и содержит микропроцессор, позволяющий

формировать программу регулирования вакуума в контролируемом объекте и сигнализировать о достижении заданного уровня давления в объекте.

Технические характеристики широкодиапазонного манотронного вакуумметра

Общий диапазон измеряемых давлений, Па (мм рт. ст.) .... 6,6-(10*

(5. 10-2-750)

Поддиапазоиы измерений. Па:

I.......... 6666-105

II......... 133,32-6666

III......... 6,66-.133,32

Погрешиость измерений, %, в поддиапазонах...... .

I..........5

II.........6

III.........8

Напряжение питания, В . . . . 220+10%

(50 Гц±1»/о)

Помимо манотронных вакуумметров в вакуумной технике находят применение деформационные дифференциальные манометры и вакуумметры на базе механотронных преобразователей перемещений [1, 3, 4]. На рис. 6.1 приведена принципиальная схема такого мано-вакуумметра. Он состоит из сильфонного датчика с механотроном типа 6МХ1С и измерительного блока. С целью компенсации атмосферного давления сильфон-ный датчик выполнен по симметричной двухбаллонной схеме. Баллоны датчика образуются сильфонами 1 и 2, герметично закрытыми с торцов фигурными фланцами 3 и 4 и крышками 5 и 6. Соединение сильфонов с фланцами и крышками производится, как правило, шовной электросваркой. Фланцы 3 и 4 жестко соединяются между собой цилиндрическим корпусом 7 с помощью винтов 8. Крышки сильфонов снабжены винтами 9 и 10, один из которых имеет правую резьбу, а другой - левую. При этом центры крышек сильфонов удается жестко связать между собой втулкой , в проходном отверстии которой с одного из концов нарезана правая, а с другого - левая резьба. На внешней поверхности втулки нарезана мелкая резьба (шаг 0,5 мм), на которую навинчивается гайка 12. Заостренный край гайки 12 сопрягается касанием со штырем механотрона 13. Механотрон, предварительно вмонтированный в металлический кожух, жестко крепится к цилиндрическому-корпусу 7. Установка механического нуля системы достигается перемещением штыря механотрона гайкой 12 13-1003 193

И системе с измеряемым i давлением Л

J /10 15 ami г ч п

Рис. 6.1. Схема дифференциального манова-куумметра на основе механотронного преобразователя перемещений

При ее навинчивании на втулку 11. Баллоны датчика присоединяются к системе с измеряемым давлением посредством штуцеров 14. Для ограничения перемещения сильфонного блока при недопустимых (аварийных) перегрузках датчика служит упор 15, жестко укрепленный на корпусе 7 винтами 16..

В датчике мановакуумметра используются стандартные сильфоны из нержавеющей стали (ГОСТ 11915-72). При этом крышки, фланцы и штуцера выполнены также из нержавеющей стали 36НХТЮ (ЭИ-702), что обеспечивает высокое качество сварных соединений этих деталей с сильфонами. Применение нержавеющей стали повышает стойкость датчика при измерении давлений агрессивных газов и паров.

Действие мановакуумметра основано на обычном для дифференциальных двухбаллонных систем [1, 3] методе сравнения измеряемого давления р„ в одном из баллонов с постоянным (или эталонным) давлением во втором баллоне. Показания мановакуумметра в делениях отсчетного прибора пропорциональны разности давлений:

3 = -с. 6F; „ост {Ри-Р»

где 0С.6-чувствительность сильфонного блока датчика; „ост - чувствительность по току механотронного моста, определяемая ио формуле (3.18).

Чувствительность двухсильфонного блока Oc.e определяется из выражения

Ос.б= 1/т.

где у - жесткость одного сильфона, указываемая в его паспорте.

Электрическая схема мановакуумметра состоит из стабилизированных источников питания (Е и £„), анодной и накальной цепей механотрона и мостовой измерительной схемы, состоящей из резисторов R,, R и Rq. В качестве отсчетного устройства схемы ИП, включенного в измерительную диагональ моста, может быть использован электроизмерительный стрелочный прибор (микроамперметр) или цифровой вольтметр, а для регистрации показаний мановакуумметра может быть применен самописец (например, электронный самопишущий потенциометр типа КСГ1-4). Обычно отсчетное устройство ИП снабжается многопредельным шунтом (или делителем выходного напряжения) с переключателем, который позволяет уменьшать чувствительность схемы, например, в 5, 10, 50 и 100 раз [1], обеспечивая работу мановакуумметра в широком диапазоне измеряемых давлений с рядом поддиапазонов.

Описанный прибор может быть использован как для измерения вакуума (вакуумметр), так и для измерения давлений, превышающих атмосферное (манометр).

В первом случае в эталонном баллоне создается вакуум на два порядка ниже, чем нижний предел измеряемого давления. При этом показания вакуумметра практически не зависят от эталонного давления, т. е. р = ас.бРгмостЛ- В случае использования прибора для измерения давлений, превышающих атмосферное, эталонное давление выбирается близким к атмосферному давлению (например, рЮ Па).

Как в первом, так и во втором случае механический и электрический нуль прибора устанавливается и проверяется при равенстве давлений в эталонном и измерительном баллонах: р=р„.

Схема присоединения прибора к системе в случае измерения вакуума показана на рис. 6.1. При этом откачка сильфонных баллонов 1 и 2 осуществляется общим вакуумным насосом через трубопровод 17 и вентили 18 и 19 (вентиль 20 закрыт). После получения вакуума 0,1-0,001 Па и установки вакуумметра на нуль (при р„ =рэ) вентили 18 и 19 закрываются, а баллон 2