JPH08507863A - 可制御熱伝導形真空計における温度補償法 - Google Patents
可制御熱伝導形真空計における温度補償法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジ(1)を使用し、該ブリッジの構成部分は主には測定線(フィラメント)(6)及び抵抗(9)であり、該抵抗は測定線(フィラメント)(6)の周囲温度の障害影響の補償をするようにした可制御熱伝導形真空計の作動方法に関する。また、本発明は、前記方法に適する実施装置にも関する。温度補償の簡単化のため、提案によれば、ブリッジ(1)の種々の電気的測定量の結合により、又は同等の近似解により温度依存抵抗(9)の値又は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮するのである(図2)。
Description
【発明の詳細な説明】
可制御熱伝導形真空計における温度補償法
本発明は、可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジを使用し、
該ブリッジの構成部分は主には測定線(フィラメント)及び抵抗であり、該抵抗
は測定線(フィラメント)の周囲温度の障害影響の補償をするようにした可制御
熱伝導形真空計の作動方法に関する。更に本発明は当該方法の実施に適する回路
装置にも関する。
熱伝導形真空計は次のような事項を活用する、即ち比較的高いガス圧下で、即
ち比較的大きな粒子数密度のもとでは温度依存の抵抗素子によっては比較的低い
ガス圧の場合に比して、より多くの熱が放出されるという事項を活用する。ピラ
ニによる熱伝導形真空計では温度依存の抵抗素子はホイートストーンブリッジ内
に挿入接続された測定線(フィラメント)である。非可制御形ピラニ真空計の場
合は測定線の抵抗変化によリブリッジの離調が生ぜしめられ該離調状態は圧力に
対する尺度として使用される。可制御側ピラニ真空計ではブリッジにて加わる給
電電圧が次のように制御される、即ち、抵抗、以て測定線(フィラメント)の温
度が熱送出に無関係に一定に保持されるように制御される。抵抗値の一定保持に
必要とされる電流は熱伝導
性、以てガスの圧力に対する尺度である。通常ホイートストーンブリッジはブリ
ッジ給電電圧の追従制御により最小離調になるように平衡調整される。ブリッジ
給電電圧は圧力に相応する一次的電気的値である。
周囲温度は測定基本動作に障害的な影響を及ぼす、それというのは当該温度は
取付個所を通っての放射及び熱伝導を介して測定線(フィラメント)の熱的平衡
をそれの周囲と共に共同的に規定するからである。周囲温度の当該の障害的な影
響を補償するため、ホイートストーンブリッジの分岐の1つの中に適当な特性を
有する温度依存抵抗を挿入することが公知である。但し上記温度補償は不十分で
ある、それというのは種々の特性を有するガスの圧力に依存して行われれなけれ
ばならないからである。通常、当該特性は次のように送出される、即ち大気圧下
で最適化が行われるように選定される。従って小さな圧力の場合必然的に誤り補
償が行われる。
ドイツ連邦共和国特許第3230405号明細書からは温度依存の抵抗にホイ
ートストーンブリッジ中に更なる温度依存抵抗を配属することは公知である。こ
こでこの温度依存抵抗はブリッジの構成部分ではなく、一定の給電電圧の供給を
受ける。上記手段は更なる温度依存の構成部分のほかに測定セル中になお、付加
的な定電圧給電源を要し、それにより、測定セルと測定機器との間の付加的な接
続線路が必要とされる。
本発明の基礎となる課題とするところは可制御熱伝導形真空計の作動の際、温
度補償を改善ないし簡単化することにある。
上記課題は冒頭に述べた形式の作動方法において、次のようにして解決される
、即ち、ブリッジの種々の電気的測定量の結合により、又は同等の近似解(法)
により温度依存抵抗の値又は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮する
のである。
公知手段においては常に考慮されなかった温度依存抵抗の値によっては連続的
に補正信号の形成が可能になり、該補正信号は温度依存性を考慮し、従って、精
確な測定値の形成に使用され得る。測定セルにおける付加的構成部品及び測定セ
ルに対する付加的な定電圧給電源は必要でない。
本発明の更なる利点及び詳細事項に就いて説明し、図2は従来技術の回路を示
し、図2〜図7は本発明の回路の実施例を示す。
図1の回路は分岐2〜5を有するホイートストーンブリッジ1を有する。上記
分岐中には測定線(フィラメント)6(RF)、抵抗7(R1)抵抗(R2)9(
RT)が設けられている。当該分岐中にはタップ12〜15が設けられており、
ここでタップ12,13は給電対角分岐を成し、タップ14,15は測定分岐を
成す。タップ12,13には可制御給電電圧U2(図2参照)が加わり、ここで
タップ13はアース電位に
おかれる。測定対角線分岐タップ14,15はアンプ16に接続されており、上
記アンプを用いては給電電圧U1は常に次のように制御される、即ち測定線(フ
ィラメント)の抵抗RF(以てそれの温度)が熱送出に無関係に一定に保持され
るように制御される。給電電圧に相応する圧力の指示のため、公知のように指示
装置17が設けられている。
ホイートストーンブリッジ1は適当ケーシング内に測定線(フィラメント)6
と共に、圧力センサないし測定セル18を形成する。全部は示してないほかの構
成部分(給電源、処理部、指示部等)はケーブルを介して測定セルと接続されて
いる測定装置の構成部分である。
図2は本発明の回路を一般的な形で示す。測定値形成のため構成ブロック19
が使用され、該構成ブロックによっては測定値形成の際温度依存抵抗9の瞬時値
を考慮することが可能になる。このことは次のようにして行われる、即ち構成ブ
ロック19に適当な情報(例えば電圧信号U1、可制御給電電圧U2、温度依存抵
抗9間の電圧降下が又はそして通流電流に就いての情報も供給されるのである。
それら情報は間接的に(抵抗9の温度に相応する電圧信号の形成を介して)又は
間接的に(周囲温度の特別な検出なしでのコンピュータユニットにおける情報の
評価)所望の圧力依存の温度補償を達成するのに十分である。
図3は構成ユニット19に対する実施例を示す。上記構成ユニットは回路部分
21を有し、該回路部分21はタップ12,13間に生じるブリッジ給電電圧U1
と、温度依存抵抗RT(9)にて生じる電圧U2を次のように処理する、即ち、
それの出力側22にて温度依存の電圧UTが生じ、該電圧は別の回路部分(これ
はR3(23)R4(24),R5(25)とアンプ(26)からなる)にて測定
量として用いられるブリッジ給電電圧U1に適宜重畳される。合成電圧はガス圧
値で検出..される測定機器17に供給される。
UTが温度、以て温度依存の抵抗RTに比例すべき場合は下式が成立たねばなら
ない。
(式1)UT=K1・RT但しK1=比例計数
可用の電圧U1,U2からRxが次式で求められ得る
(式2) RT=R1・U2/(U1−U2);
但し、R1=一定
それにより下式が得られる。
(式3) UT=K2・U2/(U1−U2);
但し、K2=比例係数
温度依存の抵抗RTは公知のように次のように選定される、即ち所属のピラニ
測定機器の圧力領域(大気圧)の或1つの点(例えば、大気圧)にて温度変化を
精確に補償するように選定される。抵抗R4(24)はR3(23)及びR5(2
5)の考慮下で次のように選定される、即ち圧力領域の第2の点にて、殊に非常
に小さい圧力(下限の測定領域限界“零点”)のもとで補正電圧UTが温度の影
響を補償するように選定される。当該手段によっては測定領域全体に亘ってのガ
ス圧に依存する温度補償が達成される。
図4の実施例では温度依存抵抗9の値が値U。(RTにおける電圧降下)とI
(抵抗RT)を流れる電流から求められる。このためのアンプ36と抵抗37(
R6)を有する電流/電圧変換器が設けられている。アンプ36の一方の入力側
には温度依存抵抗9を流れる電流が流れる。アンプの第2入力側はアースされて
いる。アンプの出力側には電圧信号U3が現われ、この電圧信号は抵抗9を流れ
る電流の強さに相応する、抵抗9における電圧降下U2と、抵抗9を流れる電流
に値する値U3とから、オームの法則により結合により抵抗の値を求め得る。こ
のことは構成ブロック38にて行われ、この構成ブロックは温度依存の補正電圧
を供給する。
U2及び分岐3間を流れる電流I=−U3/R6から下式が得られる。
(式2’) RT=−(U2/U3)・R6
(式3’) UT=K2/(U2/U3)
上記電圧UTTは圧力測定値形成の際図3に対して述べた手法で考慮される。
温度依存の補正電圧形成のための図3の回路部分21の更なる実施例を図5に
示す。加算回路27では電
圧U2が電圧U1より減算され、電圧U4(28)が得られる。電圧U2は引き続い
て除算回路29にて電圧U3が除算され、ファクタK2で重み付けされる。出力側
22における電圧は所望の補正電圧である。
離散的構成素子によりU1,U2からUTを生成する図5について実現手法は有
利にマイクロプロセッサ(33)、マルチプレクサ(31)、A/D−変換機能
部(34)、相応のソフトウエア(式3による)を有するコンピュータユニット
によっても置換され得る。図6はその種の構成ブロック21を示す。
さらなるステップ(図7)において、信号処理全体を、一殊に、測定量U1(
ブリッジ給電電圧)及び補正電圧UTの重み付けられた重畳をも、−コンピュー
タ構成ブロック35を用いて実施すると有利である。上記コンピュータ構成ブロ
ック35は有利に、同様にマイクロプロセッサ、マルチプレクサ及びA/D−D
/A変換機能部を有する。ソフトウエアは相応に適合されねばならない。この場
合において、同様に(U1及びU2を介して周囲温度とブリッジ電圧の双方がコン
ピュータ構成ブロックに報知されるので)圧力測定領域全体に亘って温度補償が
実現され得る。このために測定されたブリッジ電圧、温度と“真の”圧力との間
の関係が一度実験的に求められる。その際ピラニ作動装置にてソフトウエアルー
チンによりテーブル及び又は近
似式を介して入力量U1,U2から“真の”圧力が計算され得る。
図2〜3及び5〜7による実施例では改善された温度補償の達成に必要な変化
は測定装置に限定されている。従って、既存の測定セルは変更修整された測定機
器で作動され得る。図4の実施例では測定機器とセンサとの間の付加的線路が必
要である。温度補償の精度はDE−DS3230405により提示された従来技
術(ここでは付加的な接続線路が存在しなければならない)に比して著しく改善
される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.可制御給電電圧の給電されるホイートストーンブリッジ(1)を使用し、該 ブリッジの構成部分は主には測定線(フィラメント)(6)及び抵抗(9)であ り、該抵抗は測定線(フィラメント)(6)の周囲温度の障害影響の補償をする ようにした可制御熱伝導形真空計の作動方法において、ブリッジ(1)の種々の 電気的測定量の結合により、又は同等の近似解により温度依存抵抗(9)の値又 は温度を求め、そして、圧力測定値形成の際考慮することを特徴とする 可制御熱伝導形真空計の作動方法(図2)。 2.ブリッジ給電電圧U1に電圧信号UTが重畳され、該電圧信号は前記温度依存 抵抗(9)の温度に相応する請求の範囲1記載の方法。 3.電圧信号Urの形成のため先ず、温度依存抵抗(9)間に降下として生じる 電圧U2を給電電圧U1から差し引き、そしてその後、上記U2は当該減算の結果 U3により除算される請求の範囲2記載の方法。 4.電圧信号UTの形成のため、抵抗(9)の降下として生じる電圧U2及び抵抗 (9)を流れる電流が求められ、そして、しかる後、求められた値の結合により 、オームの法則により、抵抗(9)の値と相 応する電圧信号U1を形成する請求の範囲2記載の方法。 5.温度依存抵抗(9)の抵抗に相応する電圧値UTの形成をマイクロプロセッ サ(33)、マルチプレクサ(31)、A/D−(32)及びD/A−変換機能 部(34)及び相応のソフトウエアを有するコンピュータユニット(21)にて 行う請求の範囲2記載の方法。 6.圧力測定値の形成をマイクロプロセッサ(33)、マルチプレクサ(31) 、A/D−(32)及びD/A−変換機能部(34)及び相応のソフトウエアを 有するコンピュータユニット(21)にて行い、上記コンピュータユニットには 電圧値U1及びU2を供給する請求の範囲1記載の方法。 7.ホイートストーンブリッジ(1)と給電電圧U1の制御のためアンプ(16 )を有する請求の範囲1〜3記載の方法のうちの1つを実施する回路装置におい て、当該回路装置は回路ユニット(21)〜(26)又は(34)を具備し、該 回路ユニットによってはブリッジ給電電圧U1と、温度依存抵抗9において生じ る電圧降下を処理して温度補償された測定値が生成されるように構成されている 回路装置。 8.各電圧信号U1,U2から温度依存抵抗(9)の温度に相応する1つの電圧信 号UTを形成するユニット(21)が設けられており、更に温度補償された 測定信号生成を生成すべく電圧信号U1及びUTの重畳をさせるためのさらなる電 子ユニット(23〜26)が設けられている請求の範囲8記載の回路装置。 9.当該構成ユニット(21)の構成部分として減算段(27)及び除算回路( 29)が設けられている請求の範囲8記載の回路装置。 10.当該構成ユニット(21)の構成部分としてマイクロプロセッサ(33) 、マルチプレクサ(31),A/D(32)及びD−A変換機能回路(34)が 設けられている請求の範囲8記載の回路装置。 11.電圧信号U1,U2から測定値形成のためコンピュータ(35)が設けられ ており、該コンピュータユニットはマイクロプロセッサ、マルチプレクサ,A/ D及びD/A変換機能回路を有している請求の範囲7記載の回路装置。 12.ホイートストーンブリッジ(1)及びアンプ(16)を有する請求の範囲 4記載の方法を実施する回路装置において、当該回路装置は抵抗(9)を流れる 電流の捕捉検出のための電流/電圧変換器(36,37)と信号生成ユニット( 38)を有し、該信号生成ユニットは抵抗(9)を流れる電流と、抵抗(9)に おける電圧降下により生じる電圧から上記抵抗(9)の値に相応する信号(UT )の形成に用いられる回路装置。
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