DE3131506A1

DE3131506A1 - Verfahren zum betrieb eines geregelten pirani-vakuummeters und dafuer geeignetes pirani-vakuummeter

Info

Publication number: DE3131506A1
Application number: DE19813131506
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 5000 Köln Reich
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1981-08-08
Filing date: 1981-08-08
Publication date: 1983-03-17
Also published as: FR2511152A1; FR2511152B1; GB2105472A; JPS5830633A; CH657703A5

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayenthal

Verfahren zum Betrieb eines geregelten Pirani-Väkuuiraneters und dafür geeignetes Pirani-Vakuuiruneter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmeleitungs-Vakuummeters nach Pirani. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein für die Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignet gestaltetes Pirani-Vakuummeter.

Bei den sogenannten geregelten Wärmeleitungs-Vakuummetern nach Pirani ist ein Meßdraht in einer Wheatstone'sehen Brücke eingeschaltet. Die an dieser Brücke liegende Speisespannung wird so geregelt, daß der Widerstand und damit die Temperatur des Meßdrahtes unabhängig von der Wärmeabgabe konstant ist. Das bedeutet, daß die Brücke immer abgeglichen ist. Diese Regelung hat eine Zeitkonstante von wenigen Millisekunden, so daß die Geräte sehr schnell auf Druckänderungen reagieren. Da der Wärmeübergang vom Meßdraht auf das Gas mit zunehmendem Druck zunimmt, ist die an der Brücke anliegende Spannung ein Maß für den Druck. Neben der kleinen Einstellzeit haben geregelte Wärmeleitungs-Vakuummeter nach Pirani noch den Vorteil eines relativ großen Meßbereiches. Aufgrund dieser Vorteile werden Wärmeleitungs-Vakuummeter dieser Art bevorzugt zur Steuerung von Drücken oder für Drucküberwachungsaufgaben herangezogen. Dazu ist es häufig erforderlich, zwischen dem Druckaufnehmer(der Meßbrücke mit der Meßröhre) und dem Versorgungsgerät, das u.a. den Verstärker für die Erzeugung der geregelten Brückenspannung enthält, relativ lange und - je nach den örtlichen Verhältnissen - unterschiedliche Meßkabel vorzusehen.

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Dadurch besteht die Gefahr einer unerwünschten Verfälschung der Druckanzeige, da diese nur dann unverfälscht wiedergegeben wird, wenn der Leitungswiderstand klein ist gegen den gesamten Widerstand der Meßbrücke.

Dieser Nachteil ist bekannt, und man hat ihn schon durch eine Anordnung von zwei zusätzlichen Meßleitungen zur hochohmigen Messung der unmittelbar am Meßsystem anliegenden Spannung zu beseitigen versucht. Dadurch ist jedoch ein zusätzlicher Aufwand notwendig. Außerdem ist eine solche Maßnahme störempfindlich. Weiterhin ist es möglich,

mit Hilfe eines .dem Anzeigegerät vorgelagerten Spannungsteilers einen Kabellängenausgleich vorzunehmen. Nachteilig an dieser Maßnahme ist, daß der Abgleich erst nach Inbetriebnahme des Meßgerätes mit einem bestimmten Kabel vorgenommen werden kann, was bei jeder örtlichen Veränderung die Anwesenheit von qualifiziertem Fachpersonal voraussetzt,

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines geregelten Wärmeleitungs- ' Vakuummeters nach Pirani und ein für die Durchführung dieses Betriebsverfahrens geeignetes Vakuummeter vorzu-· schlagen, bei dem die Meßgröße unabhängig von Leitungsund Kontaktwiderständen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der infolge der geregelten Speisespannung fließende Brückenspeise~strom als Maß für die Druckanzeige verwendet wird. Eine derartige Meßgröße ist unabhängig von Leitungsund Kontaktwiderständen. Außerdem hat diese Lösung nicht die Nachteile der oben erwähnten, vorbekannten Vorschläge zur Beseitigung von Verfälschungen der Druckanzeige.

Eine weitere zweckmäßige Verfahrensmaßnahme besteht darin, daß die Energieversorgung eines zumindest die Meßröhre/ die Bauteile der Wheatstone'sehen Brücke und die Bauteile eines Verstärkers umfassenden Druckaufnehmers ebenfalls über den Brückenspeisestromkreis erfolgt. Dadurch kann auf ein vier getrennte Leiter . enthaltendes Kabel zwischen dem Druckaufnehmer und einem Versorgungs- und Anzeigegerät verzichtet werden. Dieses in Drucküberwachungs- oder Drucksteuerungsfällen häufig sehr lange Kabel benötigt dann nur noch zwei Leiter.

Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens geeignetes Pirani-Vakuummeter ist dadurch gekennzeichnet, daß in den im Bereich des Versorgungs-2Q und Anzeigegerätes liegenden Teil des die Meßbrücke versorgenden Stromkreises ein Amperemeter oder ein Widerstand eingeschaltet ist, dem ein Gerät zur Anzeige der über diesen Widerstand abfallenden Spannung zugeordnet ist.

.Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Alle - stark schematisierten - Figuren zeigen jeweils links den

Druckaufnehmer 1 und rechts das Versorgungs- und Anzeigegg

gerät 2 (gestrichelt dargestellt). Beide Teile sind durch ein je nach Anwendungsfall unterschiedlich langes Kabel 3 miteinander verbunden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 umfaßt der Druckaufnehmer 1 die Meßröhre 4_f deren Innenraum mit einem nicht dargestellten Rezipienten verbunden ist, in dem der Druck z.B. zu steuern oder zu überwachen ist.

Innerhalb der Meßröhre 4 befindet sich der Meßdraht 5, der in die Wheatstone¹sehe Meßbrücke 6 mit den weiteren Widerständen 7, 8, 9 eingeschaltet ist. Die im Druckaufnehmer 1 befindlichen Leitungsabschnitte 11 und 12 sind Bestandteile des Brückenspeisestromkreises. Die Leitungsabschnitte 13 und 14 dienen der Übertragung von Brückenspannungsschwankungen zum Verstärker 15.

Der Verstärker 15 (Regelverstärker) ist beim Äusführungsbeispiel nach Figur 1 Bestandteil des Versorgungs- und

.jg Anzeigegerätes 2. Deshalb ist das Verbindungskabel 3 vieradrig ausgebildet. Die Leitungsabschnitte 16 und 17 bilden den im Versorgungs- und Anzeigegerät liegenden Teil des Brückenspeisestromkreises. Im Leitungsabschnitt 17 ist ein Amperemeter 10 eingeschaltet. Bei innerhalb der Meßröhre 4 auftretenden Druckänderungen ändert sich der im Brückenspeisestromkreis fließende Strom, der vom Amperemeter 10 angezeigt und ein direktes Maß für den dort herrschenden Druck ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich 25

vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zum einen dadurch, daß der Verstärker 15 Bestandteil des Druckaufnehmers 1 ist. Dadurch ist es zwar nicht mehr erforderlich, die auftretenden Brückenspannungsschwankungen aus dem Druckaufnehmer herauszuführen. Dennoch ist das Kabel 3 wieder

vieradrig ausgebildet, da die Spannungsversorgung für den Verstärker 15 (Spannungsquelle 21) im Versorgungsund Anzeigegerät liegt. Die Spannungsquelle 21 ist über das Kabel 3 und die Leitungsabschnitte 22 und 23 an den

Verstärker 15 angeschlossen. Ein weiterer Unterschied 35

gegenüber Figur 1 besteht darin, daß das Amperemeter 10 durch den Widerstand 18 und das den Widerstand 18 überbrückende Spannungsmeßgerät 19 ersetzt ist. Das Gerät 19 zeigt die über dem Widerstand 18 abfallende Spannung an.

Diese Anzeige entspricht ebenfalls dem im Leitungsabschnitt 17 fließenden Strom und kann deshalb als Druckmeßwert herangezogen werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist der Verstärker 15 ebenfalls Bestandteil des Druckaufnehmers 1. Um hierbei ein Verbindungskabel 3 mit nur zwei Adern verwenden zu können, sind zumindest Teile des Brückenspeisestromkreises und des Versorgungsstromkreises identisch.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 befindet sich im Versorgungs- und Anzeigegerät 2 ein Teilstromkreis 25, in den der Widerstand 18 und die Speisespannungsquelle eingeschaltet sind. Dieser Stromkreis setzt sich im Druckaufnehmer 1 fort mit den Leitungsabschnitten 26 und 27. Diese sind überbrückt von einem Spannungskonstanthalter 28, dessen Ausgang über den Leitungsabschnitt 29 zum Verstärker 15 führt und diesen mit konstanter Spannung versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist außerdem ein im Bruckenspeisestromkreis liegender Transistor 31 dargestellt, dessen Basis über die Leitung 32 mit dem Ausgang des Verstärkers 15 verbunden ist. Der Transistor 31 bildet den veränderlichen Widerstand im Bruckenspeisestromkreis, mit welchem der ständige Abgleich der Wheatstone'sehen Brücke 6 erreicht wird. Die bei unterschiedlichen Drücken innerhalb der Meßröhre 4 auftretenden Stromschwankungen in dem von den Leitungsabschnitten 25, 26 und 27 gebildeten Bruckenspeisestromkreis verursachen wieder unterschiedliche Spannungsabfälle über dem Widerstand 18, so daß am Anzeigegerät 19 der interessierende Druck abgelesen werden kann. Anstelle des Anzeigegerätes 19 können natürlich auch weitere elektronische Mittel vorgesehen sein, die beliebige Steuerungen oder Regelungen veranlassen.

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Zusätzlich sind im Brückenspexsestromkreis des Ausführungsbeispieles nach Figur 3 noch Schutzbarrieren und 34 eingeschaltet, die. ebenfalls Bestandteil des Druckaufnehmers 1 sind. Der Zweck dieser Schutzelemente ist eine explosionssichere Betriebsweise des Drucken auf nehmers. Die Schutzelemente können z.B. von Zener-Dioden gebildet werden, welche die Eigenschaft haben, möglicherweise auftretende, zu Funken führende Leistungsschwankungen nach oben zu begrenzen. Es besteht auch die Möglichkeit, diese Schutzelemente 33 und 34 im außerhalb des Druckaufnehmers 1 befindlichen Teil des Bruckenspexsestromkreises anzuordnen, also z.B. im Betriebsgerät

Claims

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Köln-Ba-yenthal

Verfahren zum Betrieb eines geregelten Pirani-Vakuummeters und dafür geeignetes Pirani-Vakuummeter

ANSPRÜCHE

Verfahren zum Betrieb eines Wärmeleitungsvakuummeters nach Pirani mit einem in einer Brückenschaltung angeordneten Meßdraht und einer derartigen Regelung der Brückenspeisespannung, daß der Widerstand und damit die Temperatur des Meßdrahtes unabhängig von der Wärmeabgabe konstant ist (geregeltes Pirani), dadurch gekennzeichnet , daß der infolge der geregelten Speisespannung fließende Brückenspeisestrom als Maß für die Druckanzeige verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Energieversorgung eines zumindest die Meßröhre, die Bauteile der Wheatstone'sehen Brücke und die eines Verstärkers umfassenden Druckaufnehmers ebenfalls über den Brückenspeisestromkreis erfolgt.
3. Für die Durchführung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 1 oder 2 geeignetes Pirani-Vakuummeter mit einem Druckaufnehmer und einem Versorgungs- und Anzeigegerät,, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil des Brückenstromkreises, der innerhalb des Versorgungs- und Anzeigegerätes liegt, ein Widerstand eingeschaltet ist, dem ein Gerät zur Anzeige der über diesen Widerstand abfallenden Spannung zugeordnet ist.
4. Vakuummeter nach Anspruch 3, dadurch gekenn· zeichnet , daß der Druckaufnehmer in an sich bekannter Weise die Bauteile der Wheatstone¹sehen Brücke einschließlich der Meßröhre und außerdem noch die Bauteile eines Verstärkers umfaßt.
5. Für die Durchführung des Betriebsverfahrens nach Anspruch 2 geeignetes Vakuummeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer elektronische Mittel zur Konstanthaltung

der Versorgungsspannung für den Verstärker aufweist. 15
6. Vakuummeter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des·Verstärkers mit der Basis eines im Brückenspeisestromkreises eingeschalteten Transistors verbunden ist.
7. Vakuummeter nach einem der Ansprüche 3 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenspeisestromkreis Schutzbarrieren eingeschaltet sind.