Вакуумметр_тех.описание
.doc
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО
Институт электронных и информационных систем
Кафедра физики твердого тела и микроэлектроники
ВАКУУММЕТР ИОНИЗАЦИОННЫЙ-ТЕРМОПАРНЫЙ ТИПА
ВИТ-1А И ВИТ-1А-П
Выпускной аттестат, техническое описание и инструкция по эксплуатации
ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД
2007
1 Техническое описание
1.1 Назначение прибора
Вакуумметр ионизационный-термопарный типа ВИТ-1А или ВИТ-1А-П предназначен для измерения давления и представляет собой комбинированную измерительную установку, состоящую из ионизационной манометрической лампы типа ЛМ-2, термопарных манометрических ламп, электронной измерительной схемы, схемы для питания нагревателя термопар и прибора, измеряющего термо-эдс.
Вакуумметр ионизационный-термопарный выполняется в двух конструктивных вариантах:
-
ВИТ-1А – переносный прибор настольного типа.
-
ВИТ-1А-П – панельный вариант, предназначенный для установки в различные стоечные устройства.
Оба варианта вакуумметра совершенно идентичны по принципиальной (электрической) схеме и по всем техническим параметрам, за исключением габаритов.
Вакуумметр ионизационный-термопарный используется для работы в лабораторных и производственных условиях.
1.2 Технические характеристики
1 Общий диапазон давлений, измеряемых вакуумметром, от 2·10-1 до 1·10-7 мм рт. ст.
Давление в пределах от 2·10-1 до 1·10-3 мм рт. ст. измеряется термопарной манометрической лампой, от 1·10-3 до 1·10-7 мм рт. ст. ионизационной манометрической лампой. Последний диапазон разбит на 4 поддиапазона, определяющиеся положением переключатели МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ:
1-й поддиапазон (множитель 103) от 1·10-3 до 1·10-4 мм рт. ст.
2-й поддиапазон (множитель 102) от 1·10-4 до 1·10-5 мм рт. ст.
3-й поддиапазон (множитель 10) от 1·10-5 до 1·10-6 мм рт. ст.
4-й поддиапазон (множитель 1) от 1·10-6 до 1·10-7 мм рт. ст.
Градуировка вакуумметра дана по сухому воздуху с непосредственным обсчетом давления по шкале прибора в миллиметрах ртутного столба.
2 Вакуумметр термопарный рассчитан на работу с термопарными лампами ЛТ-4М и ЛТ-2. Изменение тока накала нагревателя термопарной лампы при изменении питающей сети на ± 10% от номинального значения 220 В, а также в течение 1 часа работы, не больше ± 2%.
Предел регулировки тока нагревателя термопарной лампы 95 до 150 μА.
3 Датчиком вакуумметра ионизационного является ионизационная манометрическая лампа ЛМ-2.
Измерение тока эмиссии ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 при изменении питающей сети на 10% от номинального значения 220 В, а также и течение одного часа работы после включения напряжения сети 220 В, не больше ± 10%.
Предел регулировки тока эмиссии ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 от 4 до 7 μА. Уход нуля усилителя во всем диапазоне измеряемых давлений при изменении питающей сети на ± 10% от номинального значения напряжения 220 В, а также в течение одного часа работы после включения напряжения сети 220 В, не превышает ± 3% от всей шкалы прибора.
4 Погрешность измерения давления термопарной части вакуумметра (при напряжении питающей сети 220 В и температуре окружающего воздуха + 20 ± 5°С) в диапазоне от 1·10-1 до 1·10-2 мм рт. ст. может достигать ± (40 – 60)% от измеряемого давления и в диапазоне от 2·10-1 до 1·10-1 и от 1·10-2 до 1·10-3 мм. рт. ст. до ± 100% и более.
Приведенная погрешность измерения давления ионизационной части вакуумметра в диапазоне от 1·10-3 до 1·10-7 мм рт. ст. не более ± 15%.
Приведенная погрешность измерения:
а) Э.д.с. термопарной частью измерительного блока вакуумметра не более ± 6%;
б) токи накала термопарной частью не более ±3 %;
в) ионного тока ионизационной частью измерительного блока вакуумметра не более ± 5%.
Разброс зависимости э.д.с. от давления для термопарной лампы ЛТ-4М в диапазоне 2·10-6 ÷ 1·10-3 мм рт. ст. не более ± 20%, для термопарной лампы ЛТ-2 в диапазоне давлений от 1·10-1 до 1·10-2 мм рт. ст. не более ± 10%. Разброс манометрических постоянных ионизационных ламп ЛМ-2 не более ± 10%.
5 Вакуумметр питается от сети переменного тока напряжением 220 В ± 10% частотой 50 ± 0.5 Гц. Наличие в схеме феррорезонансного стабилизатора напряжения позволяет получить стабильное переменное напряжение для питания накала ламп вакуумметра ионизационного и селенового выпрямителя, питающего нагреватель термопары, а также стабильное выпрямленное напряжение для питания анодных и сеточных цепей ионизационной манометрической лампы и усилительной схемы.
Кроме того, схеме вакуумметра имеется электронно-магнитный стабилизатор тока эмиссии катода ионизационной манометрической лампы ЛМ-2. Наличие указанных стабилизаторов обеспечивает стабильную работу вакуумметра на всем диапазоне измеряемых давлений и повышает удобство эксплуатации прибора, не требуя частой подстройки нуля и регулировки тока эмиссии катода ЛМ-2 при продолжительной работе вакуумметра, а также регулировки тока нагревателя термопары.
6 Прибор соответствует требованиям МРТУ-4 после 15-минутного прогрева и допускает непрерывную работу в течение не менее 8 часов, включая время прогрева.
7 Потребляемая прибором мощность не более 160 Ва.
8 По механическим и климатическим требованиям прибор относится ко II группе ГОСТа 9763 – 61.
9 Габариты прибора: ВИТ-1А: 396×261×246 мм;
ВИТ-1А-П: передняя панель 430×220×4 мм кожух прибора 390×225×211 мм.
10 Вес прибора не более 16 кг.
1.3 Описание схемы
1.3.1 Принцип действия
Вакуумметр термопарный
Электродвижущая сила, развиваемая термопарной лампой, определяется температурой ее нагревателя. Если в термопарной лампе, соединенной вакуумно-плотно с обследуемым объемом, ток накала нагревателя поддерживается постоянным, то э.д.с. термопарной лампы будет определяется давлением окружающего газа, т.к. изменение температуры нагревателя будет определяется теплопроводностью окружающего газа. Следовательно, при понижении давления теплопроводность газа уменьшается, температура нагревателя увеличится, увеличится и э.д.с. термопарной лампы. Зависимость величины термо-э.д.с. от давления приведена в приложении в виде градуировочнои кривой.
Вакуумметр ионизационный
В вакуумметре ионизационном для измерения давления газа используется ионизация газа, вызываемая потоком электронов из накаленного катода. Ионный ток, являющийся результатом ионизации, усиливается усилителем постоянного тока и измеряется прибором, включенным между анодами лампы усилителя (6Н3П). Так как ионный ток при постоянном токе эмиссии (электронном токе) ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 пропорционален давлению газа и известна величина, характеризующая чувствительность ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 (105 мкА/мм рт. ст.), то прибор усилителя отградуирован непосредственно в единицах давления (мм рт. ст.).
Ионизационная манометрическая лампа ЛМ-2 является триодом, на анод которого подается отрицательный потенциал по отношению к катоду, равный 25 В, а на сетку – положительный, равный 200 В (см. рисунок 1).
Рисунок 1 – Ионизационная манометрическая лампа ЛМ-2
Положительные ионы будут собираться на аноде (коллекторе) ионизационной манометрической лампы ЛМ-2, находящемся под отрицательным потенциалом относительно катода и сетки.
Ионный ток с коллектора ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 подается на вход усилителя, собранного по балансной схеме на лампе 6Н3П, и регистрируется прибором, включенным между анодами этой лампы. Прибор отградуирован в милливольтах.
1.3.2 Схема прибора
Схему вакуумметра ВИТ-1А и ВИТ-1А-П составляют:
а) феррорезонансный стабилизатор напряжения;
б) схема питания вакуумметра термопарного;
в) выпрямитель вакуумметра ионизационного;
г) электронно-магнитный стабилизатор тока эмиссии катода ионизационной манометрической лампы ЛМ-2;
д) усилитель ионного тока.
Рисунок 2 – Блок-схема прибора
Феррорезонансный стабилизатор напряжения
Феррорезонансный стабилизатор напряжения представляет собой тороидальный трансформатор (поз. 19) с группой конденсаторов (поз. 14, 15), соединенных между собой параллельно включенных последовательно с первичной обмоткой трансформатора.
Первичная обмотка трансформатора (поз. 19) имеет три отвода, при помощи которых подбирается ток первичной обмотки.
Емкость конденсатора выбрана равной 3.0 мкФ с таким расчетом, чтобы ток первичной обмотки трансформатора (поз. 19) при полной нагрузке его был порядка 0.55 – 0.6 ампера; при этом изменение напряжения на вторичных обмотках трансформатора при изменении напряжения питающей сети на ± 10% от номинального напряжения 220 вольт составляет не более ± 1.5%, а нагрев трансформатора не превышает 50 – 60С.
При токе в первичной обмотке, большем, чем 0.6 А, увеличивается нагрев трансформатора, а при токе, меньшем чем 0.55 А, ухудшается стабилизация напряжения на нагрузке. Феррорезонансный стабилизатор питает накальные цепи всех ламп, анодную цепь выпрямителя, селеновый выпрямитель.
Схема питания вакуумметра термопарного
Выпрямитель для питания вакуумметра термопарного собран на селеновом выпрямителе типа АВС-25-22 (поз. 12).
Выпрямитель представляет собой однофазную мостовую схему, в диагональ которой параллельно нагрузке включен фильтрующий электролитический конденсатор (поз. 13). Нагрузкой выпрямителя является нагреватель термопарной лампы, последовательно с ним включены балластные сопротивления (поз. 8 и 9), величина которых в сумме в 80 – 100 раз больше сопротивления самого нагревателя.
Следовательно, изменение сопротивления самого нагревателя мало скажется на изменении полного сопротивления нагрузки на питающий выпрямитель, что обеспечивает стабилизацию тока нагреватели термопарной лампы при изменении вакуума во всем диапазоне измеряемых давлений.
Ток нагревателя и э.д.с. термопарной лампы измеряются одним и тем же прибором (поз. 2), который при помощи переключателя (поз. 3) подключается либо к концам термопары (положение ИЗМЕРЕНИЕ), либо в цепь нагревателя (положение ТОК НАКАЛА).
Регулировка тока нагревателя осуществляется реостатом (поз. 9) с гравировкой РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА в пределах от 95 до 150 миллиампер. Отсчет тока нагревателя производится по нижней шкале прибора термопарного вакуумметра (поз. 2) с нанесенными на нее делениями от 70 до 150 миллиампер.
2 Инструкция по эксплуатации
2.1 Подготовка к работе
Перед включением вакуумметра необходимо убедиться, что накал ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 выключен, т. е. выключатель с гравировкой НАКАЛ ЛМ-2 поставлен вниз – против указания стрелки.
2.1.1 Вакуумметр термопарный
Работа с термопарной лампой тип ЛТ-2
В связи с тем, что термопарная лампа ЛТ-2 выпускается заводом изготовителем в запаянном и откачанном (до 10-4 – 10-5 мм рт. ст.) виде, можно предварительно проверить работоспособность вакуумметра термопарного путем непосредственного измерения вакуума в термопарной лампе ЛТ-2 до ее вскрытия. Это производится следующим образом: подключить кабель питания к термопарной лампе, второй конец его подключить к вакуумметру; поставить реостат РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА в крайнее левое положение, переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ТОК НАКАЛА.
Включить штепсельную вилку в сеть 220 Вольт. Включить тумблер ТЕРМОВАКУУММЕТР и тумблер СЕТЬ 220 В, при этом должна загореться сигнальная лампа (слева на панели).
Реостатом РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА установить по •нижней шкале прибора термовакуумметра ток порядка 110 миллиампер.
Если ток накала регулируется и при установке переключателя ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗМЕРЕНИЕ стрелки прибора отклоняется, то вакуумметр и термопарная лампа работоспособны.
После проверки на работоспособность необходимо подобрать рабочий ток нагревателя термопарной лампы (с запаянной термопарной лампой), для этого поставить переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗМЕРЕНИЕ и реостатом РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА установить стрелку измерительного прибора на конец шкалы. Перевести переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ТОК НАКАЛА и по нижней шкале измерительного прибора отсчитать ток накала в миллиамперах – это и будет рабочий ток нагревателя чанной термопарной лампы ЛТ-2.
Измерение давления с термопарной лампой ЛТ-2 производится следующим образом: отрезать запаянный конец трубки термопарной лампы ЛТ-2 и соединить термопарную лампу вакуумно-плотно с обследуемым объемом. Поставить переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ТОКА НАКАЛА и реостатом РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА установить рабочий ток нагревателя данной термопарной лампы (подобранный указанным выше способом).
Поставить переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗМЕРЕНИЕ и сделать отсчет в милливольтах.
Отсчет в милливольтах перевести в единицы давления (мм рт. ст.) по градуировочной кривой термопарной лампы ЛТ-2, прилагаемой к инструкции.
Работа с термопарной лампой ЛТ-4М
Измерение давления при помощи термопарной лампы ЛТ-4М производится следующим образом: соединить вакуумно-плотно термопарную лампу с обследуемым объемом; подключить кабель питания к термопарной лампе, второй конец кабеля подключить к вакуумметру; поставить реостат РЕГУЛИРОВКА ТОКА НАКАЛА в крайнее левое положение; включить штепсельную вилку и сеть 220 Вольт; включить тумблер ТЕРМОВАКУУММЕТР и тумблер СЕТЬ 220 В, при этом должна загореться сигнальная лампа; поставить переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ТОК НАКАЛА; установить по нижней шкале прибора рабочий ток нагревателя, указанный на баллоне данной термопарной лампы ЛТ-4М; перевести переключатель ТОК НАКАЛА – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗМЕРЕНИЕ и сделать отсчет в милливольтах. Отсчет в милливольтах перевести в единицу давления (мм рт. ст.) по градуировочной кривой термопарной лампы ЛТ-4М, прилагаемой к инструкции.
2.1.2 Вакуумметр ионизационный
Для измерения давления в обследуемом объеме ионизационная манометрическая лампа ЛМ-2 должна быть вакуумно-плотно соединена с этим объемом.
Так как завод-изготовитель выпускает ионизационные манометрические лампы ЛМ-2 в запаянном виде, имеющими степень откачки порядка 10-5 мм рт. ст., то можно проверить работоспособность вакуумметра путем непосредственного измерения вакуума в самой ионизационной манометрической лампе ЛМ-2 до его вскрытия
После такой проверки необходимо ионизационную манометрическую лампу вскрыть – обрезать конец стеклянной трубки манометрический лампы. Баллон ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 изготавливается из молибденового стекла и, следовательно, ионизационная манометрическая лампа может быть непосредственно припаяна к вакуумной системе только из того же стекла. Во всех других случаях ионизационная манометрическая лампа может быть присоединена к обследуемому объему с помощью какого-либо надежного перехода (высокочастотный спай стекла ионизационной манометрической лампы с медной или коваровой трубкой или качественно-вакуумного уплотнения).
Установить ионизационную манометрическую лампу ЛМ-2 необходимо в вертикальном положении – цоколем вниз или вверх.
ПРИМЕЧАНИЯ: Вакуумметр проградуирован по сухому воздуху. При использовании вакуумметра для измерения давления других газов или их смесей необходимо производить специальную градуировку ионизационных манометрических ламп.
Перед включением вакуумметра ионизационного необходимо убедиться (при помощи термопарного, магнитного или другого какого-либо вакуумметра), что давление в обследуемом объеме не выше, чем 10-3 мм рт. ст.
Включение ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 при давлении выше, чем 10-3 мм рт. ст. может привести к преждевременному выходу ее из строя.
Длительная работа ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 при давлениях 10-3 ÷ 10-4 мм рт. ст, сокращает срок ее службы.
2.2 Методика работы с прибором
1 Присоединить кабель к ионизационной манометрической лампе ЛМ-2, соединенный вакуумно-плотно с обследуемым объемом, другой конец кабеля соединить с вакуумметром.
2 Поставить правый верхний переключатель в положение ПРОГРЕВ, средний переключатель под прибором – в положение УСТАНОВКА НУЛЯ, переключатель под прибором М24-12 – в положение ИЗМЕРЕНИЕ.
3 Включить сеть (переключателем СЕТЬ 220 В), при этом должна загореться сигнальная лампа, расположенная рядом с переключателем. Дать вакуумметру в течение 2 – 3-х минут прогреться.
4 Отрегулировать усилитель ионного тока. Для этого необходимо поставить переключатель под прибором вакуумметра ионизационного в положение ИЗМЕРЕНИЕ, переключатель шкалы – в положение «103» и потенциометром РЕГУЛИРОВКА НУЛЯ установить стрелку измерительного прибора на нуль шкалы.
5 Вакуумметром термопарным проверить давление в откачиваемой системе. Если давление ниже чем 10-3 мм рт. ст. то можно подготовить вакуумметр ионизационный к измерению давления. Для того необходимо поставить переключатель МНОЖИТЕЛЬ ШКАЛЫ в положение «10-3» переключатель под прибором – в положение ЭМИССИЯ.
6 Переключателем НАКАЛ ЛМ-2 включить накал ионизационной манометрической лампы ЛМ-2. В это время должна загореться сигнальная лампа, находящаяся рядом с переключателем, а стрелка прибора установится на середине шкалы – возле риски с индексом «А».
7 После прогрева сетки ионизационной манометрической лампы ЛМ-2 в течение 10 – 15 минут надо, правильно установить ток эмиссии ионизационной манометрической лампы ЛМ-2; для этого необходимо верхний правки переключатель перевести из положения ПРОГРЕВ в положение ИЗМЕРЕНИЕ и потенциометром РЕГУЛИРОВКА ЭМИССИИ перевести стрелку прибора на риску с индексом «А», что соответствует току эмиссии 5 миллиампер.
ПРИМЕЧАНИЕ. Не следует регулировать эмиссию при прогреве сетки ЛМ-2.
8 Произвести калибровку чувствительности усилителя. Для этого необходимо поставить переключатель шкалы в положение КАЛИБРОВКА и потенциометром КАЛИБРОВКА установить стрелку измерительного прибора на конец шкалы, предварительно установив переключатель под прибором ЭМИССИЯ – ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗМЕРЕНИЕ.
ПРИМЕЧАНИЕ. Ток эмиссии должен быть установлен точно 5 миллиампер (риска «А»).
9 После того как стрелка прибора установлена на нуль шкалы, правильно установлена калибровка прибора, прогрета сетка ионизационной манометрической лампы и правильно установлена величина тока эмиссии ионизационной манометрической лампы ЛМ-2, равная 5 миллиампер, можно производить измерение давления в исследуемом объеме.
Для этого необходимо:
а) установить переключатель под измерительным прибором в положение ИЗМЕРЕНИЕ;
б) переключатель шкалы установить в такое положение, при котором отсчет по измерительному прибору будет достаточно хорошим. Давление в измеряемом объеме равно отсчету по измерительному прибору, умноженному на соответствующий множитель переключатели шкалы.
ПРИМЕР. Если стрелка измерительного прибора показывает 6·10-7 мм рт. ст. при этом переключатель шкалы находится в положении 102, то давление в измеряемом объеме будет 6·10-7×102 = 6·10-5 мм рт. ст.. Если стрелка прибора показывает 2·10-7,а переключатель шкалы поставлен в положение 103, то давление в измеряемом объеме будет: 2·10-7×103 = 2·10-4 мм рт. ст. и т. д..
ВНИМАНИЕ! Если при вакууме порядка 10-5 ÷ 10-7 мм рт. ст. наблюдается зашкаливание стрелки влево, то для устранения этого явления достаточно включить между выводами коллектора ЛМ-2 и коллекторным проводником шланга, соединяющего ЛМ-2 с прибором, сопротивление любого типа порядка 100 – 500 Ом или «дроссель», представляющей собой 10 – 15 витков медного провода (марки ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0.5 – 0.8 мм), намотанного на обычный карандаш.
Рисунок 3 – Градуировочная кривая лампы ЛТ-2