CN100374839C - 用于热损失压力测量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用来测量环境气体压力的热损失真空压力计包括电阻型敏感元件和电阻型补偿元件。电阻型补偿元件在电路中与敏感元件一起暴露在实质上匹配的环境中。电源与敏感元件和补偿元件相连接用来施加通过元件的电流。通过敏感元件的电流实质上大于通过补偿元件的电流。测量电路与敏感元件和补偿元件相连接，用来基于敏感元件和补偿元件的电响应确定在敏感元件和补偿元件暴露在其中的环境中气体的压力。

Description

用于热损失压力测量的装置和方法

相关的专利申请

这份申请是2002年10月16日申请的美国专利申请第10/273,402号的继续申请。上述申请的全部教导在此通过引证被并入。

本发明的现有技术

因为通过气体的传热速率是气体压力的函数，所以在某些条件下从受热的敏感元件到气体的传热率通过适当的标定能用来确定气体压力。这项原则被用于众所周知的皮拉尼真空压力计(在图1a和1b中以示意的形式展示)，其中热损失是用适合给敏感元件加热和测量它的电阻的惠斯通电桥网络测量的。

参照图1a，在皮拉尼真空压力计中，压力传感器由作为惠斯通电桥的一个桥臂连接的热敏电阻RS组成的。R2通常是为了使电流i₂引起的温度上升可以忽略而设计的热敏电阻。R3和R4通常是固定电阻。RS和R2通常暴露在将测量其压力的真空环境中。图1b举例说明替代电桥配置。

皮拉尼真空压力计是在电流i₁恒定不变的条件下(如美国专利第3,580,081号所示)或在RS两端的电压恒定不变的条件下操作的。在这些方法中，产生反映气体压力的电桥的电不平衡。皮拉尼真空压力计也在电阻RS恒定不变的情况下操作(如美国专利第2,938,387号所示)。在这种模式中，能源供应速率随着气体压力方面的改变而改变，所以能量供应方面的速率变化反映气体压力方面的变化。每种操作方法有不同的优点和缺点，但是下面的讨论特别适合电阻恒定不变的方法和图1a的配置。

为了维持在图1a中的A和C之间的电压差在零伏特，电压VB受到自动控制。当从A到C的电位下降是零的时候，电桥被说成是平衡的。在电桥平衡时，存在下列的条件：

i_s＝i₂，(1)

i₄＝i₃，(2)

i_sRS＝i₄R4，(3)

和i₂R2＝i₃R3(4)

用式4除式3，并且使用式1和2得出：

RS＝βR2(5)

其中β＝R4/R3(6)

因此，在电桥平衡时RS是R2的不变份额β。

为了在任何给定的压力下在RS方面实现稳态条件，式7必须得到满足：

给RS的电功率输入＝RS幅射的功率+在RS末端损失的功率+从RS到气体损失的功率(7)

传统的皮拉尼真空压力计是针对一些已知的压力标定的，以便确定未知压力(P_x)和对气体或更方便地对电桥电压的功率损失之间的关系。然后，假定末端损失和辐射损失保持恒定不变，于是未知的气体压力P_x可以直接由丢失给气体的功率确定或在电桥平衡时直接与电桥电压相关。

因为皮拉尼真空压力计可能被设计成有宽广的范围并且是比较简单和便宜的，所以长期以来感到需要能够以这些真空压力计作为诸如电容式压力计和电离真空压力计之类定价非常高的真空压力计的替代品。然而，现有的设计就精确的压力测量而言还有许多需要改进之处，尤其是在较低的压力下。

在1977年之前，由于在较高的压力下气体的热导率在宏观尺寸装置中实质上变成与压力无关这一事实，皮拉尼真空压力计的压力上限是大约20托。发明家之一从1977以后曾帮助开发由受让人(Granville-Phillips Company of Boulder Colorado)生产和销售的CONVECTRON^真空压力计，该真空压力计利用敏感元件的对流冷却提供增强的敏感性，从20托到1000托。在全世界已出售数十万台CONVECTRON^真空压力计。最近一些赝品已经出现在市场上。

虽然CONVECTRON^真空压力计填补某种未得到满足的需要，但是它有一些缺点。它为了提供对流空间必须有大的内部尺寸。因此，它是比较大的。因为对流依靠重力，所以在较高的压力下压力测量结果取决于传感器轴线的取向。另外，因为气体传导冷却占主导地位的压力范围与发生对流冷却的压力范围不精确地重叠，所以CONVECTRON^真空压力计的敏感性被限制在大约20托到200托。

为了帮助避免这些困难，微缩型皮拉尼传感器已被研制出来，它利用从传感器到外壁留数量级为几微米的间隔，而不是先前所用的非常大的间隔(例如，0.5英寸)。例如，见授权给Higashi等人的美国专利第4,682,503号和授权给Shie等人的美国专利第5,347,869号。W.J.Alvesteffer等人在刊登在J.Sci.Technol.A13(6)，1995年十一月/十二月号中的文章中描述关于发明家已知的皮拉尼真空压力计的最近的工作。使用这样小的从传感器到外壁的间隔甚至在高于大气压力的压力下也提供随着压力变化的热导率。因此，这样的微型传感器从低压到大气压力以上都具有良好的敏感性并且在任何取向都起作用。

在开发微缩型真空压力计的早期尝试中存在许多问题。虽然微缩型传感器在大的压力范围内提供与取向无关的良好的敏感性，但是它们的设计极为复杂，而且制造需要很多在高度专用设备中的精细加工步骤，从而成本高达数十万美元。

微缩型传感器蒙受与宏观传感器相同类型的环境温度引起的误差。在任何给定的压力下，式7中所有的热损失项都取决于环境温度和敏感元件温度。因此，在用皮拉尼真空压力计进行压力测量并且没有温度校正的情况下的任何尝试都将被环境温度变化所引起的非取决于压力的功率损失混淆。所有现代的皮拉尼真空压力计都尝试校正环境温度变化引起的误差。用来校正这种误差的得到广泛使用的方法是把对温度敏感的补偿元件RC与固定电阻R串联用于R2，如图1a和1b所示。

英国专利GB 2105047A揭示为了提供分压器准备一个附加电阻。J.H.Leck在Pressure Measurement in V交流uum的第58页(Chapman and Hall：London，1964)中注意到Hale在1911年用与在他的皮拉尼真空压力计中的RS相同的材料和实际尺寸制作R2。R2被密封在它自己的真空环境中并且被放在非常接近RS的地方。当压力在R2和RS处相等的时候实现了极好的温度补偿。然而，在其它压力下这种温度补偿方法不是非常奏效。

为了避免给在分开的玻璃泡中的R2抽真空和密封造成的额外的费用和复杂性，R2照惯例被放在与RS相同的真空环境之中。通过使R2有比较大的热质量和大的热损失，R2自己的加热能变成可忽略的。Leck推荐R2是“按两段制造的，例如，一段为铜而另一段为镍铬丝......，以致(R2的)总温度系数恰好与皮拉尼元件(RS)本身的温度系数匹配”。依照Leck，这种温度补偿方法已被Edwards High V交流uum of Great Britain用在METROV交流^牌真空压力计中。类似的温度补偿安排被用在CONVECTRON^牌真空压力计中。

然而，这种技术(在R2中使用电阻温度系数不同的两种或多种材料来接近RS的温度系数)仅仅在狭窄压力范围内是有效的。事实上，如同在揭示皮拉尼真空压力计中的这种温度补偿形式的美国专利第4,541,286号中注意到的那样，这种补偿仅仅在一个或最多几个温度下能变成精确的。另外，发明家已经发现热质量大的结构大大增加了真空压力计对环境温度突然改变的响应时间。

发明家通过广泛的计算机模拟还发现如同Leck推荐的那样和如同在现有技术中实践的那样将相等的温度系数用于RS和R2不提供完全正确的温度补偿。发明家还发现在低于大约5×10^-3托的压力下末端损失超过组合起来的所有其它损失。这项研究确定的各个有关的损失分量(总损失中的辐射损失分量、末端损失分量和气体损失分量)是用图2的曲线展示的。在1×10^-5托下，末端损失比气体损失高1000倍以上，而辐射损失比气体损失高大约100倍。

所以，在现有技术的皮拉尼真空压力计中温度变化的影响在气体传导损失非常低的非常低的压力下是特别麻烦的。现有技术的热损失真空压力计不能精确地测量非常低的压力，例如，1×10^-5托。发明家已经发现，这个限制是当环境温度改变的时候维持敏感元件的末端损失充份地恒定不变失败的结果。Alvesteffer型的皮拉尼真空压力计有能力指出在10^-5托范围内的压力，但是在那个范围内不提供精确的指示。例如，如果在典型的皮拉尼真空压力计中末端损失不被保持恒定到5000中的一个部份，那么在1×10^-5托的压力指示可能偏离50％到100％。

下面的分析说明为什么现有技术的设计不适合在低压下适当地校正环境温度变化。为了在检查现有技术方面方便，问题是用从传感器元件到外壁留出比较大的间隔的真空压力计的例子来解释的。人们应该理解同样类型的问题存在于从敏感元件到外壁只留大约几微米间隔的微缩型真空压力计的复杂得多的几何学之中。

图3是使用小直径金属丝敏感元件304和补偿元件303的传统的皮拉尼真空压力计的一部分302的示意表达。熟悉皮拉尼真空压力计设计的人将领会到为了易于解释和理解图3中元器件没有依比例绘制。通常，小直径金属丝敏感元件304与大得多的电连接器306、307形成电热接合，后者与大得多支撑结构的308、309形成热接合。在任何给定的时间t让T_AL表示敏感元件304左端的支撑结构308的温度，而T_AR表示右端的支撑结构309的温度。让T_SL和T_SR分别表示左边的敏感元件连接器306和右边的敏感元件连接器307的温度。让T_CL和T_CR分别表示左边的补偿元件连接器310和右边的补偿元件连接器311的温度。让T_XL和T_XR分别表示距连接器306和307的距离为ΔX处的温度。在现有技术的设计中，显然已经假定这些温度全部是相同的。然而，发明家们已经发现甚至表面上可忽略的差异对于低压精确性也呈现很大的重要性。

为了更好地理解温度补偿需求，注意一些事实是重要的。

(1)在低压下，RC的温度主要是由补偿元件接线和补偿元件之间的热交换确定的。这是因为在环境温度和低压下辐射和气体传导从补偿元件到其周围的热交换相对于通过补偿元件末端的热传导是非常无效的方法。因此，在低压下补偿元件温度将非常接近在每个补偿元件末端的连接器的温度的平均值，如式8所示。

T_AVG＝(T_CL+T_CR)/2(8)

(2)电加热的敏感元件的温度从末端变化到中心，随着距较冷的支撑的距离逐渐增加。，发明家们已经使用有限元分析模拟沿着敏感元件的温度分布。业已发现，在RS和RC的电阻温度系数相等的情况下，敏感元件的任何区段n的温度Tn在恒定不变的压力在电桥平衡时随着补偿元件RC的平均温度T_AVG的改变变化以便维持恒定不变的温差ΔTn＝Tn-T_AVG。温差ΔTn是β和R的函数，其中R＝R2-RC。

(3)依照式5，敏感元件电阻RS在电桥平衡时将被维持在β乘电阻元件R2的电阻值。随着环境温度增加，补偿元件连接器在温度方面也增加，因此RC的温度和电阻依照式8将增加。在RC的温度和电阻方面的任何增加都引起在电桥平衡时RS的所有区段的温度和电阻增加。

(4)敏感元件末端的功率损失依照式9取决于在敏感元件末端的温度梯度：

末端功率损失＝kγ(9)

其中k是常数，而

γ_L＝T_XL-T_SL(在左端)(10)

γ_R＝T_XR-T_SR(在右端)(11)

如果γ_L和或γ_R由于任何理由改变，那么末端损失将改变，而且压力指示将是误差的。

为了详细地理解在低压下温度补偿的现有技术方面的重大缺陷，假定从稳定状态开始，T_AR被略微地增加，例如由于右边支撑结构的局部环境温度环境方面的改变。假定T_AL保持不变。因为假定T_AL不变化，所以T_CL和T_SL将保持不变。然而，T_AR增加将由于通过连接线的热传导引起T_CR增加。因此，T_AVG＝(T_CL+T_SL)/2将增加。T_AVG的增加将在电桥平衡时引起将引起γ_L和γ_R变化的T_XL和T_XR的增加。在γ_L和γ_R方面的这些改变将改变式7中的末端损失项，在压力测量方面引起取决于γ_L和γ_R的变化大小的误差。

发明家们已经确定，除非T_AL以实质上与T_AR相同的方式改变，只要环境温度改变，敏感元件末端损失就将不保持不变。现有技术皮拉尼真空压力计尚未被明确地设计成维持T_AL＝T_AR到精确的低压测量所必需的程度。

为了理解现有技术中温度补偿的另一种重大缺陷，假定从稳定状态开始，环境温度逐渐增加，而且环境温度条件是这样的，以致T_AL＝T_AR。进一步假定，那些敏感元件连接器有相等的长度，但是如同在流行的现有技术皮拉尼真空压力计中那样，右边的补偿元件连接器实质上比左边的补偿元件连接器长。因此，T_SL＝T_SR，但是，T_CR将因为假定的长度差异落在T_CL后面。在这个滞后时间期间，当T_CL≠T_CR时，T_AVG将改变，因此改变电桥平衡时的T_XL和T_XR。因此，γ_L和γ_R在滞后时间期间将不断地改变，从而在低压力指示方面产生误差。

发明家们已经确定，除非敏感元件和补偿元件的连接器有实质上同一的实际尺寸和实质上同一的热性质，否则当环境温度改变的时候，敏感元件末端损失将不保持不变。现有技术皮拉尼真空压力计尚未被这样明确地设计，以致敏感元件和补偿元件的连接器具有同一的实际尺寸和热性质。

另一个重大缺陷(如同发明家们发现的那样)起因于补偿元件和敏感元件之间质量的差异。假定补偿元件的质量实质上大于敏感元件的，通常是这种情形。采用现有技术皮拉尼真空压力计，常见的做法是使补偿元件相对于敏感元件成为大的并且把比较大的热损失路径提供给补偿元件环境，以致起因于RC方面的电功率损耗的热量能被轻易地驱散。从稳定状态开始，假定环境温度逐渐增加而且T_AL总是等于T_AR。因此，相对于T_SL和T_SR都将达到新的稳定状态温度所花费的时间，补偿元件达到新的稳定状态温度将花费比较长的时间。在这个时间(在流行的现有技术皮拉尼真空压力计中已观察到是几小时的持续时间)期间，T_AVG将不断地改变，因此不断地改变电桥平衡时的T_XL和T_XR。因此，γ_L和γ_R将在滞后时间期间改变，敏感元件末端损失将不保持恒定不变，而且误差将在低压测量中产生。

如果补偿元件是为在电桥平衡时随着环境温度变化以不同于敏感元件的速率改变温度设计的，那么同一类型的问题将出现。诸如AlVesteffer型装置之类的现有技术设计就有这种缺陷。

发明家们已经依据他们的研究确定，除非补偿元件已被设计成以与敏感元件相同的速率改变温度，否则在环境温度已经稳定在新的数值之后，敏感元件末端损失继续长期改变。然而，现有技术皮拉尼真空压力计尚未被设计成符合这个要求。

人们久已知道为了提供气体损失和末端损失随敏感元件和其环境之间的温差改变的温度补偿把电阻的温度系数实质上与敏感元件相同的补偿元件RC与对温度不敏感的电阻元件R串联地用于R2。这种温度补偿方法在CONVECTRON^真空压力计中已经使用许多年而且也被用于Alvesteffer真空压力计。

这种温度补偿方法假定，如果(1)敏感元件和补偿元件的电阻温度系数是相等的；而且(2)敏感元件电阻的改变能随着补偿元件电阻的改变一前一后地出现，那么(3)敏感元件的温度将随着环境温度变化一前一后地上升。当然，满足这两个假定是非常符合需要的，因为这么做将保证被加热的敏感元件和周围壁面之间的温差在环境温度下将在环境温度变化之时保持恒定不变。

然而，发明家们已经发现把与对温度敏感的电阻RC串联的恒定不变的电阻R用于R2的现有技术真空压力计如同现在将予以解释的那样仅仅提供部分的温度补偿。

假定在图1a中，R2由对温度敏感的补偿元件RC和对温度不敏感的电阻R组成，以致

R2＝RC+R(12)

因此，前面针对电桥平衡推演出的式5可以被写成：

RS＝β(RC+R)(13)

其中β是用上面的式6定义的。

进而，假定当真空压力计的环境温度环境等于T₁的时候，敏感元件在温度T_SL下操作，而补偿元件在温度T_CL下操作。因此，当

T_AMBIENT＝T₁(14)的时候，式13可以被写成：

RS(T₁)(1+α_S(T_S1-T₁))＝β[RC(T₁)(1+α_C(T_C1-T₁))+R](15)

在这里，RS(T₁)是敏感元件在温度T₁下的电阻，α_S是RS在T₁的电阻温度系数，RC(T₁)是在补偿元件温度T₁的电阻，而交流是RC在T₁的电阻温度系数。因此，当T_AMBIENT＝T₂的时候，式13可以被写成：

RS(T₁)(1+α_S(T_S2-T₁))＝β[RC(T₁)(1+α_C(T_C2-T₁))+R](16)对T_S1求解式15，得到：

$T_{S1}=\left[\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{RS}\left(T_1\right)}\right[\mathrm{RC}\left(T_1\right)(1+\mathrm{\αc}(T_{C1}-T_1))+R]-1]/\mathrm{\αs}+T_1---\left(17\right)$

对T_S2求解式16，得到：

$T_{S2}=\left[\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{RS}\left(T_1\right)}\right[\mathrm{RC}\left(T_1\right)(1+\mathrm{\αc}(T_{C2}-T_1))+R]-1]/\mathrm{\αs}+T_1---\left(18\right)$

从式18减去式17得到当环境温度从T₁改变到T₂的时候敏感元件RS的温度变化ΔT。因此，

$\mathrm{\ΔT}=T_{S2}-T_{S1}=\mathrm{\β}\left(\frac{\mathrm{RC}\left(T_1\right)}{\mathrm{RS}\left(T_1\right)}\right)\left(\frac{\mathrm{\αc}}{\mathrm{\αs}}\right)(T_{C2}-T_{C1})---\left(19\right)$

请注意，有效的补偿元件是这样设计的，以致它的温度紧密跟随环境温度。因此，达到非常好的近似，

T_C2-T₂＝T_C1-T₁或

T_C2-T_C1＝T₂-T₁(20)

因此，式19可以被写成：

$\mathrm{\ΔT}=\mathrm{\β}\left(\frac{\mathrm{RC}\left(T_1\right)}{\mathrm{RS}\left(T_1\right)}\right)\left(\frac{\mathrm{\αc}}{\mathrm{\αs}}\right)(T_2-T_1)---\left(21\right)$

从式21显而易见，只要：

$\mathrm{\β}\left[\frac{\mathrm{RC}\left(T_1\right)}{\mathrm{RS}\left(T_1\right)}\right]\left[\frac{\mathrm{\αc}}{\mathrm{\αs}}\right]=1---\left(22\right)$

敏感元件RS的温度变化ΔT就将等于环境温度的变化T₂-T_L。

把对温度敏感的补偿元件RC与固定电阻R串联地用于图1a中的R2的现有技术真空压力计仅仅提供部分的温度补偿，取决于β的选择。商业上可得的真空压力计有Alvesteffer等人描述的设计，发明家们已知的关于皮拉尼真空压力计上的最近的工作不满足式22。

作为现有技术真空压力计设计的第三个问题，发明家们已经发现R2中的功率耗散程度对精确性有负面影响。现有技术皮拉尼真空压力计在按1a配置的时候在电桥平衡时在RS中有与在补偿元件中相同的随压力变化的电流。当按图1b配置的时候，在平衡时加到R2两端的随压力变化的电压与加到RS两端的相同。当然，R2中随压力变化的电流将使RC的温度上升超出环境温度随压力变化的数量。

现有技术皮拉尼真空压力计通常使用实际尺寸比敏感元件大得多的补偿元件，以便耗散热量并因此避免补偿元件中温度过高。如同前面注意到的那样，敏感元件和补偿元件不同的实际尺寸在环境温度变化的时候引起测量误差。

第四个问题是现有技术皮拉尼真空压力计当环境温度改变的时候在低压下产生压力指示漂移。现有技术皮拉尼真空压力计已经在尝试用敏感元件维持功率损失在环境温度变化的时候不变的时候使用多种元器件。例如，在美国专利第4,682,503号中热电冷却被用来控制环境温度并因此将环境温度变化减到最小。

在美国专利第4,541,286号揭示的装置中，热敏元件是毗连电桥的补偿桥臂安装的(实际上在商用型中被粘贴到真空外壳的外部)。Alvesteffer等人把附加元件(在那里被指定为R4)用在电桥中以便帮助补偿就操作温度下的敏感元件而言与环境温度下的补偿元件相比较电阻的温度系数略微不同这一事实。虽然这些现有技术硬件每个都准备消除一些环境温度改变引起的误差，但是它们之中没有一个实质上消除所有的误差。因此，当环境温度改变的时候，现有技术皮拉尼真空压力计在低压下产生重大的压力指示偏移。

美国专利第5,608,168号揭示的另一种现有的系统把电桥的各种电测量结果(或其近似值)联系起来并且确定随温度变化的电阻的阻值或温度，而且在确定压力测量结果时考虑这个参数。然而，这个系统因为需要测量温度或其它数值增加了它的复杂性。

因此，需要有一种克服这些问题的改进皮拉尼型的真空压力计。

本发明的概述

本发明提供适合热损失压力测量的改进，这些改进相互合作协同地提供得到显著改善的低、中、高压力测量的精确性，因此，允许精确压力测量的范围在单一的真空压力计之内延伸到较低的和较高的压力。

作为第一个改进，小直径金属丝敏感元件被放置在与小直径金属丝补偿元件相同的平面中而且用二个平行的平直导热板将它与小直径金属丝补偿元件隔开，每个导热板与敏感元件和补偿元件隔开15微米。以这种方式，发明家们不依靠对流就在简单的几何学方面实现了比较高的敏感性。微缩型皮拉尼真空压力计设计的极端的复杂性和费用以及对流冷却敏感元件的一些缺点被同时避免。

发明家们已经发现这种极简单、小巧和便宜的测量装置给出与用非常复杂的微缩型皮拉尼真空压力计获得的那些和用大得多的对位置敏感的对流冷却皮拉尼真空压力计获得的那些可比的高达大气压力的结果。令人惊讶的是这项改进还提供体积只有微缩型Alvesteffer真空压力计中的敏感元件的3％的敏感元件。新装置中的补偿元件具有不足Alvesteffer型补偿元件的0.5％的体积。

本发明还提供改良的温度校正。发明家们已经发现，低压力测量的精确性能通过更好地维持敏感元件两端的温度梯度γ恒定不变得到显著改善(见式10和11)。发明家们已经发现γ的恒定性能通过同时(1)使用实际尺寸、热性质和电阻特性实质上同一的敏感元件和补偿元件；(2)使用实际尺寸、热性质和电阻特性实质上同一的敏感元件和补偿元件的连接线；(3)把对温度实质上均匀一致的区域有实质上同一的大热导的元件连接线用于所有的连接和(4)使敏感元件和补偿元件位于同样的真空环境中得以实现。在本发明中，式22总是得到满足，因为真空压力计是这样设计的，以致：

RC(T_A)＝RS(T_A)(23)

其中T_A是环境温度，而且

α_C＝α_S(24)

β＝1(25)

另一个至多改进是通过提供可忽略的加热在补偿元件中实现的。发明家们改造了传统的惠斯通电桥以便为敏感元件提供独立的加热装置，而在电桥的其它三个桥臂中产生实质上为零的加热。因此，补偿元件能被制成与敏感元件有同一尺寸以及同一的物理性质。直流加热电流仅仅被用于和局限于敏感元件。比较小的交流信号被用来感知电桥平衡。

另一种性能改进是通过提供导致在所有的压力下精确指示压力的压力补偿新方法实现的。具体地说，发明家们已经发现电桥平衡时未知压力P_X的精确指示可以用具有式26的形式的一次方程计算。

P＝f(VS，IS)(26)

其中VS是敏感元件两端的电压降而IS是敏感元件中的电流。式26的细节起源于借助标定方法对散布在感兴趣的压力和温度范围上的多个已知的压力P和环境温度使用三维曲线拟合软件获得的成对的VS_C和IS_C数值。VS_X和IS_X是在电桥平衡时在未知压力P_X下测量的并且被代入式26。然后，使用微处理器之类的东西计算P_X。

以这种方式，本发明在皮拉尼真空压力计的精度、制造成本和组件尺寸方面提供重大改进。

本发明进一步包括用来测量环境气体压力的热损失真空压力计。真空压力计包括在有敏感元件而且暴露在实质上匹配的环境中的电路中的电阻型敏感元件和电阻型补偿元件。电源被接到敏感元件和补偿元件上以便施加通过元件的电流。通过敏感元件的电流实质上大于通过补偿元件的电流。测量电路系统被接到敏感元件和补偿元件上，以便基于敏感元件和补偿元件的电响应确定敏感元件和补偿元件暴露在其中的环境气体压力。

在一些实施方案中，分开的电流流过敏感元件和补偿元件。电流被用来将敏感元件加热到敏感元件的电阻与补偿元件加上数字恒定不变的欧姆值的组合电阻相匹配的温度。在补偿元件与对温度不敏感的电阻元件串联放置的实施方案中，电流被用来将敏感元件加热到敏感元件的电阻与补偿元件和对温度不敏感的电阻元件的组合电阻相匹配的温度。气体压力是基于通过敏感元件的加热电流和作为结果在敏感元件两端发生的电压确定的。在一个实施方案中，分开的直流电流流过敏感元件和补偿元件。通过补偿元件的电流是通过敏感元件的电流的预定的分数，以致该电流有定义明确的比例。反馈电路控制通过敏感元件和补偿元件的电流的水平。在另一个实施方案中，测知电流流过敏感元件和补偿元件两者，而分开的加热电流流过敏感元件。

在进一步的实施方案中，敏感元件和补偿元件有不同长度。在一些实施方案中，补偿元件与敏感元件相比长度短大约5％-8％，电阻低5％-8％。在特定的实施方案中，补偿元件与敏感元件相比短6％-7％，电阻低大约6％-7％。在其它的实施方案中，并联电阻跨接敏感元件和补偿元件之一以微调相对电阻。

附图简要说明

本发明的上述和其它目的、特征和优点将从下面用类似的参考符号在不同的视图中处处表示同一部份的附图举例说明的本发明的优选实施方案的更具体的描述变得明显。这些图画不必依比例绘制，而是强调举例说明本发明的原则。

图1a和1b是传统的皮拉尼真空压力计的简化示意图；

图2是展示通过发明家们在传统的皮拉尼真空压力计中的研究发现的热损失分量的曲线图；

图3是把小直径金属丝作为敏感元件使用的传统的皮拉尼真空压力计的示意表达；

图4a是依照本发明改良的热损失真空压力计的一部分，而图4b是在图4a中展示的那个部分的截面图；

图5a是展示依照本发明改良的热损失真空压力计的末端的放大截面图，它展示敏感元件和补偿元件的支撑和连接；

图5b是展示依照本发明用来分别维持热导板、敏感元件和补偿元件之间的间隔的机制的一个实施方案的截面图；

图6是展示依照本发明为敏感元件单独加热的安排的示意图；

图7是展示依照本发明为敏感元件单独加热的另一种安排的示意图；

图8是展示依照本发明为敏感元件单独加热的又一种安排的示意图；

图9是展示在本发明的实施方案中有调配电阻与补偿元件并联的图7的一部分电路的示意图。

本发明的详细描述

本发明的优选实施方案的描述如下。本发明是首先根据对传统的皮拉尼真空压力计设计的四个改进范畴描述的。在特别优选的实施方案中，四种改进一起使用，而且相互依存地组合起来提供有实质性改进的性能特征的皮拉尼真空压力计。然后，把本发明的附加实施方案描述在其后。

改进1

第一个改进范畴将参照图4a和4b进行讨论。图4a是改进的热损失真空压力计的部分10的侧视图(不依比例绘制)。图4b是沿着图4a中的线4b-4b截取的部分10的截面图。如图4a和4b所示，小直径金属丝敏感元件12与小直径金属丝补偿元件14位于同一平面中而且被隔开距离d。敏感元件12和补偿元件14之间的间隔d优选大约0.030英寸，但是变动范围可以从0.010英寸到0.200英寸。平行板16和16′是紧邻而且平行于敏感元件12和补偿元件14提供的。

平行板16和16′放置在离开敏感元件12和补偿元件14的距离为S的位置。S优选0.0007英寸，但是变动范围可以从0.0002英寸到0.002英寸。敏感元件12是用电阻温度系数高的材料(例如，纯净的钨)制成的，它可以是镀金的以帮助保证发射率恒定不变。

敏感元件12的直径优选0.0005英寸，但是变动范围可以从0.0001英寸到0.002英寸。虽然圆柱形的金属丝形状是优选的，但是诸如带状的其它形状可以被用于敏感元件和补偿元件两者。敏感元件12的长度优选1英寸，但是变动范围可以从0.25英寸到3英寸。

补偿元件14是用与敏感元件12相同的材料制成的，有相同的实际尺寸、相同的热性质和电阻性质。

热损失真空压力计的部分10可以以下面将更详细地描述的方式安装在图6展示的那种类型的测量电路中。

平行板16和16′传导热量并借此趋向于使沿着被加热的敏感元件12和在敏感元件12和补偿元件14的末端之间的温度梯度相等。以这种方式，本发明在不依赖对流的情况下用简单的结构实现了高的相对敏感性。在本发明的这个实施方案中，低压测量的精确性通过使用实际尺寸、热性质和电阻性质实质上同一的敏感元件和补偿元件以及使敏感元件和补偿元件位于相同的真空环境中得到重大改进。采用这种设计，微缩型皮拉尼真空压力计设计的极端复杂性和费用以及与敏感元件的对流冷却相关联的缺点被同时避免。这项改进允许用来测量结果高达与用非常复杂的微缩型皮拉尼真空压力计获得的那些可比的和与用大得多的对位置敏感的对流冷却皮拉尼真空压力计获得的那些可比的大气压力。

改进2

作为本发明的第二个广泛的特征，改进的安装布局是为敏感元件和补偿元件准备的。低压测量的精确性通过使用实际尺寸、热性质和电阻性质实质上同一的敏感元件和补偿元件连接线和通过把对温度实质上均匀一致的区域有实质上同一的大热导的元件连接线用于所有的连接得到重大改进。

图5a是真空压力计部分10的一端的被大大放大的截面图，其中敏感元件12是用敏感元件连接器20和20′支撑的而且与它们电连接，而补偿元件14是用补偿元件连接器22和22′支撑的而且与它们电连接。图5a所示部分是沿着图4中的线5a-5a截取的。优选的是同一的支撑(如图5a所示)是在真空压力计部分10的每个末端提供的。

连接器20、20′、22和22′优选用0.001英寸厚、0.060英寸宽的铂带制成。板16和16′优选用热导率高的电绝缘材料(例如，氮化铝)制成。

作为替代，敏感元件和补偿元件的连接器20、20′、22和22′可以借助薄的电绝缘层24和24′与板16电绝缘，该绝缘层可能是在钨上的钻石状涂层。在这种情况下，板16和16′可以是用热导率高的材料(例如，钨)制成的。优选的是选定的材料具有大于0.25watt/cm/K的热导率。

板16和16′借助在每个末端的简单的片状金属夹(未展示)保持在适当的位置。金属夹对板16和16′施加足够的力使敏感元件12和补偿元件14嵌进连接器20、20′、22和22′直到连接器20和20′以及22和22′紧密接触。因此，在敏感元件12与板16和16′的表面之间的间隔S是借助敏感元件的直径和薄的带状连接器20、20′、22和22′的厚度确定的。本发明的这个特征允许比一根人的头发还细的敏感元件与两个平坦的表面精确地和非常便宜地隔开可比的距离以及提供对附加电路系统的电连接。

板16和16′提供温度实质上均匀一致的区域，尤其是在热导率最小的真空中与外面的世界隔绝的时候。薄的带状连接器20、20′、22和22′把同一的尺寸、短路径和非常大的导热性提供给所述的温度均匀一致的区域，因此满足一些在敏感元件两端温度梯度γ恒定不变的条件。

敏感元件12可以借助在组装期间加载并且对与敏感元件12的所述的连接器21毗连的敏感元件12施加压力的小直径金属丝弹簧26如图5b所示被适当地拉紧。弹簧28被用来以类似的方式拉紧补偿元件14。弹簧26和28用来当环境温度变化的时候维持敏感元件12和补偿元件14相对于板16和16′的精确间隔。充份的松弛必须成为敏感元件12和补偿元件14的组件之中的组成部分以避免由于元件12、14和板16之间的热膨胀差异造成的断裂。没有弹簧26和28，这种松弛将随着环境温度改变，因此阻碍维持平行板16和16′分别与敏感元件和补偿元件之间的间隔S恒定不变而且引起测量误差。

在依照本发明的这个实施方案的设计中，式22由于敏感元件12和补偿元件14物理上、电学上和热学上是同一的这一事实得到部份地满足。除此之外，R3在图6的实施方案中被设定为等于R4，依据式6这保证β＝1。因此，式22借助这个设计总是得到完全满足。

改进3

本发明的第三个主要特征是用来独立地加热敏感元件12的装置和方法。这项改进是用图6举例说明的，其中惠斯通电桥30经过改造提供敏感元件12的独立加热。与在本发明中一样与实际尺寸和制作材料都与敏感元件相同的补偿元件一起使用的现有技术电路使补偿元件不在环境温度下而是在与敏感元件相同的温度下操作。因此，有本发明的上述改进的皮拉尼真空压力计不能使用现有技术的加热电路实现它们的精确性潜力。

现在参照图6，有节点A、B、C和D的惠斯通电桥30具有接在节点B和C之间电阻值为RS的敏感元件12。对温度不敏感的电阻元件15(有电阻R)和补偿元件14(有电阻RC)组成电阻R2。R2和电容器36被串联在节点C和D之间。阻值为R4的电阻17被接在节点A和B之间，而阻值为R3的电阻19被接在节点A和D之间。真空环境34包围着敏感元件12和补偿元件14。交流电压来源38被接在节点B和D之间，而选频检测器40被接在节点A和C之间。直流电流来源32被接在节点B和C之间把电流提供给节点B。控制器42经由自动反馈链46和47连接，以便控制直流电流来源32和为那个控制目的接收来自选频检测器40的电压检测输入。

真空环境34包围着包括敏感元件12、补偿元件14和板16和16′的部分10(如同在图4a和4b中展示和前面参照那些图描述的那样)。除此之外，先前参照图5a和5b描述的组装方法优选被用于图6的电路。在敏感元件12一端的元件连接器20和20′在图6的电桥电路30中被电连接到点C(如图5a所示)，而在敏感元件12另一端的敏感元件连接器21和21′(未展示)被电连接在图6中的点B。在补偿元件14一端的补偿元件连接器22和22′(如图5a所示)通过电容器36被电连接到图6的点D，而补偿元件14的另一端被接到通过电阻15与点C连接的补偿元件连接器23。

如图6所示，直流电流来源32把加热电流提供给位于真空环境34中的敏感元件12。电容器36是作为用来防止来自电流来源32的电流出现在R2、R3和R4中的装置提供的。因此，不同于使用传统的惠斯通电桥的现有技术皮拉尼真空压力计，RS中的加热电流或加热电压总是不会出现在R2中。

交流电压来源38把交流信号电压加到电桥30上，从而产生交流信号电流i_s、i₂、i₃和i₄。把非常小的数值用于i_s、i₂、i₃和i₃和使用选频检测器40，电桥平衡能用在电桥30的任何桥臂中产生的可忽略的加热来检测。来自来源32的直流电流受控制器42自动调节，以便不断地保证从点B到C的交流电压降i_sRS等于借助选频检测器40的交流电压检测功能实测的从B到A的电压降低i₄R4。这个自动反馈链是用虚线46和47指出的。

处理器51被接到电流计49和电压计48上，而且基于通过敏感元件12的加热电流的水平和敏感元件12两端的压降产生指示真空环境34中的压力的输出。

因此，补偿元件14可以被制成具有与敏感元件12一样的实际尺寸、热性质和电阻性质而且仍然在环境温度下操作不需要任何随压力变化的电加热。

改进4

第四个改进将再一次参照图6予以描述。在这项改进中，改进的装置和方法是为依照本发明标定和操作皮拉尼真空压力计准备的。

发明家们已经发现在电桥平衡时未知压力P_X的正确指示可以从具有式26的形式的一次方程计算。

P＝f(VS，IS)(26)

这个发现不同于比较传统的方法。压力指示已经被看作是不仅取决于敏感元件的电阻，而且取决于诸如环境温度之类的其它因素。因此，传统的标定方案往往需要用于标定的和操作期间的电阻和其它量的测量结果。然而，发明家们已经发现当上述的改进被实施的时候，VS和IS的数值合并充份的温度信息产生正确的压力输出，所以取消分开测量诸如环境温度之类的其它参数的步骤是可能的。以这种方式，使用三维标定表仅仅基于电压和电流确定压力是可能的。

为了标定图6展示的真空压力计，敏感元件12暴露在一系列散布在感兴趣的压力和温度范围内的已知的有代表性的压力和环境温度之中。用伏特计48实测的压降VS_C和用电流计49实测的电流IS_C在电桥平衡时与每个已知的有代表性的标定压力P_C一起记录下来。这些数值可以通过处理器51中的程序操作被记录下来或者可以被转移到另一个用于标定计算的处理单元。标绘压力P_C对电压VS_C和电流IS_C的曲线图。在给定的标定温度下每个系列的测量结果产生一个使压力与电压和电流产生关联的恒温函数。重要的是如同前面提及的那样发明家们已经发现这些恒温函数能被有效地组合在单一的三维数据表中，定义具有式26的形式的单一的标定函数。在做这件事的时候，结果是一系列定义一个表面的点，其中表面的高度是压力而且是电压和电流的实测值的函数。

由此产生的标定数据可以被储存在查询表中，而实测压力能通过以实测的压降和电流为基础在储存在查询表中的压力数值之间插值确定下来。然而，由于为了在宽广的压力范围内产生精确的输出必须储存的点的数目，在优选实施方案中，近似方程是针对实测值落在其上的表面获得的。这能通过使用三维表面绘图软件轻易地完成。由此产生的方程具有式26展示的形式。然后，为了测量在任何温度下的未知压力P_X，VS_X是用伏特计48测量的，而IS_X是用电流计49在电桥平衡时测量的。然后，压力的正确数值可以通过代入式26被轻易地获得，从而给出

P_X＝f(VS_X，IS_X)(27)

为了方便，式27可以被储存在处理器51中，后者当VS_X和IS_X被输入处理器51的时候能用来自动计算P_X。

熟悉这项技术的人将领会到其它的量可能在这项发明的范围内替代电压和电流。例如，P_x＝g(W，R)形式的函数可能被用来代替方程27，其中W是加到敏感元件12上的功率而R是敏感元件12的电阻。在这种情况下，W和R能从伏特计48和电流计49的输出计算出来。至关重要的是两个选定的参数包括与电流和电压有关的信息，以致改变电流和电压的效果将被有区别地反映在基于那两个参数的数值建立的标定曲线图或表格中。因此，例如，用于函数的两个输入参数可以是一组包括功率、电流、电压和电阻的参数之中的任何两个。为了统一，鉴别下述形式的方程近似标定表面是可能的：

P＝h(X，Y)

其中X是第一输入参数，Y是第二输入参数，而P是与对第一参数X和第二参数Y的数值相对应的压力。然后，这个方程作为替代被用于计算压力的多维标定表面。

这项改进从0℃到50℃、从不足10^-4托的压力到大气压力以上提供极好的温度补偿。有时这样做，避免需要测量功率和温度。它补偿所有类型的引起误差的环境温度变化，例如辐射损失，不只那些取决于敏感元件的改变到作为美国专利第4,682,503号中的情形的壁温的改变的损失。这项改进避免了不得不使用美国专利第5,347,869号描述的热电冷却控制环境温度的复杂性。除此之外，这种改进的标定和操作方法将自动补偿在操作温度下的敏感元件的电阻率的温度系数将略微不同于在环境温度下的补偿元件这一事实。

进一步的实施方案

参照图7，真空压力计60是不同于图6描绘的真空压力计的真空压力计实施方案，因为它不使用惠斯通电桥。与在图6中一样，真空压力计60包括敏感元件12(电阻值为RS)、对温度不敏感的电阻元件15(电阻为R)和温度补偿元件14(电阻为RC)，其中元件12和14以类似的方式或安排放置在真空环境34之内。虽然在真空压力计中连接元件12、14和15的电路系统不同于图6中的那个，但是元件12、14和15是以与在图6中类似的方式利用的。例如，敏感元件12被加热，而对温度不敏感的电阻元件15和温度补偿元件14不被有效地加热。除此之外，敏感元件12两端的电压VS和通过敏感元件12的电流是为了确定压力以类似的方式测量和利用的。

真空压力计60包括用来分别经由线路74和76把功率提供给电流来源62和64的功率来源61。电流来源62和64是相互依赖的并且优选把直流电流分别提供给元件12和元件14/15。电流来源64提供数量或水平作为电流来源62提供的电流的预定分数的电流。在图7所示的例子中，电流来源64提供1/10电流来源62提供的电流数量。

电流来源62提供的电流IS被引导经由线路78、节点80和线路88通过敏感元件12。电流来源64提供的一小部分电流被引导经由线路100、节点102和(位于元件14和15之间的)线路103通过对温度不敏感的电阻元件15和温度补偿元件14。与在图6中一样，元件14和15补偿环境温度变化。引导一小部分测知电流通过温度补偿元件14使补偿元件14的温升相对应敏感元件12变成无关紧要的。在图7描绘的测知电流IS与通过温度补偿元件14的微小电流的比例为10∶1的例子中，在温度补偿元件14中耗散的功率小于在敏感元件12中耗散的功率的1/100，因为电流与功率呈平方关系(即功率＝I²R)。因此，补偿元件14的温升小于敏感元件12的温升的1％。虽然描述的是就电流来源62和64而言电流比为10∶1，但是其它小于或大于10∶1的比例也可以使用。电流IS受到控制，为的是把敏感元件12加热到电阻RS增加到等于组合电阻R+RC的温度水平。正是在那个温度下标定数据定义环境压力。反馈电路将电流维持在那个水平。

明确地说，指示电阻R+RC的组合电阻R+RC两端的电压V2通过(与节点102和98连接的)整数乘法器66加到求和电路70上，而指示电阻RS的电阻RS两端的电压V₁通过(与节点84和92连接的)乘法器68加到求和电路70上。由于R＝V/I，而且通过R+RC的电流是通过RS的电流的十分之一，所以当电阻相等的时候R+RC两端的电压是RS两端的电压的十分之一。因此，为了比较电压确定电阻是否相等，RS两端的电压必须被乘以应用于R+RC两端电压的乘数的十分之一。乘法器68将电压V₁乘以-.1，以保证乘数与电流IS和IS/10之比成反比。负乘法器68允许加法器电路70完成标准化的电阻电压的减法以提供指出电阻之间的差异的误差信号110。那个差异在高增益积分误差放大器72中被放大并且被反馈，以便控制电流IS的水平。误差放大器72的输出经由线路或反馈回路112、节点114和线路116和118平行地反馈到电流来源62和64，以便在必要时调节由电流来源62/64提供的电流水平。电流来源62/64提供的电流被这样调节，以致敏感元件12的电阻RS和元件15/14的电阻R+RC维持预定的平衡。在图7所示的例子中，电阻是匹配的，以致RS＝R+RC。作为替代，可以在RS小于或大于R+RC的情况下使用其它的比例或电阻水平。除此之外，虽然用来控制电流来源62/64的反馈电路是优选的，但是作为替代，这样反馈电路可以与考虑到不同的电压比的数据库一起省略。当反馈电路被省略的时候，真空压力计60的响应时间通常比较缓慢。

通过敏感元件12的电流是用电流传感器49确定的，而敏感元件12两端由那个电流造成的电压是用经由线路82和86与节点80和92连接的传感器48确定的。元件12和14借助线路90和105分别与节点92和98连接，而且线路86借助节点94接地。传感器48和乘法器66和68都具有高输入阻抗，所以所有的电流IS都流过敏感元件12。如同在先前的实施方案中那样，电流和电压参数能在数据库查询中被用来确定元件12和14暴露于其中的压力。

真空压力计60是以与对图6描绘的真空压力计描述的方式类似的方式标定的，其中敏感元件12暴露在一系列散布在感兴趣的压力和温度范围内的已知的有代表性的压力和环境温度之中。敏感元件12两端的压降是用伏特计48测量的，通过那里的电流是用电流计49测量的，同时电阻RS和R+RC被维持在预定的平衡，例如，RS＝R+RC。这些数值被绘图，以便提供三维数据表和图6描述的表面。

作为结果，在使用中，未知的压力能通过测量穿过敏感元件12的电压和电流然后使用对图6的真空压力计描述的方法确定。例如，将实测的电压和电流的数值与储存的包含适合于特定的电压和电流的数值的压力数值的标定数据相比较。通常，实测的电压和电流的数值不精确地与包含在储存数据中的任何数值匹配。所以，实测压力的数值是借助储存的电压/电流/压力标定数据的插值确定的。优选的是诸如式27之类的近似方程被用来完成插值。通过把式27储存在处理器中，压力可以依据在敏感元件12两端实测的电压和电流被自动计算出来。如同在图6的真空压力计中那样，除了电压和电流之外其它的量可以在本发明的范围内被用于确定压力。

参照图8，真空压力计125是依照本发明不同于真空压力计60(图7)的真空压力计的实施方案，其中乘法器66的正(+)输入如图所示从节点102移到位于元件14和15之间的新节点120。除此之外，增益为K的第三个乘法器121被包括在内。乘法器121如图所示被接到节点102和(位于元件14和15之间的)新节点119上。在这种安排中，在元件14和15之间线路103的电阻不把不确定的增值加到元件15的电阻R上。因此，如果必要，线路103可以是延长的金属丝，而且节点119和120之间的电阻对真空压力计125的精确性仍然是实质上无关紧要的。这允许把元件15放置在比较方便的位置，例如，在电子器件组件的印刷电路板上，而不是在传感器处，而且终止补偿元件14的电阻不需要受到如此紧密的控制。此外，远离传感器放置元件15允许元件15处在有更稳定的温度的环境中，以致非故意的温度敏感性被减到最小。元件15的电阻值R可以是根据方便性或实用性选定的，因为元件15两端的压降可以为了获得预期的结果用乘法器121乘以任何任意值K。

本发明更进一步的实施方案可以这样配置，以致敏感元件12和温度补偿元件14在电阻和长度方面是不同的。敏感元件12和温度补偿元件14可以这样配置，以致温度补偿元件14的电阻略微小于敏感元件12，例如，直到小大约10％。业已发现，在一些情形中，电阻略微小于敏感元件12的补偿元件14能提供超过电阻与敏感元件12匹配的补偿元件14的进一步改善的压力信号环境温度补偿。在一个敏感元件12和补偿元件14的长度和电阻相等的实施方案中，补偿元件14的电阻能借助与补偿元件14并联而且通常被放到被测知或测量的环境的外部的微调电阻126被降低到预期的数值。图9描绘与在图7的电路中展示的补偿元件14并联的微调电阻126的实例，其中并联的微调电阻126经由线路124和节点122被接到线路103上并且经由线路128和节点130被接到线路105上。当微调电阻126与补偿元件14并联的时候，电阻126变成补偿元件14的一部份。在一个实施方案中，补偿元件14提供比敏感元件12低大约4.5％的电阻以便提供在大约300毫托优化的温度补偿。增添与补偿元件14并联的并联微调电阻126改变补偿元件14的电路支线的电阻温度系数和ohms/℃两者。

在另一个实施方案中，为了提供相对于敏感元件12较低的电阻，补偿元件14是用与敏感元件12相同的材料制成的而且通常有相同的直径，但是在长度方面略微短一点。长度差是通过在某个温度范围内与电容型隔膜真空压力计比较凭经验确定的。长度失配差异足够小的，以致敏感元件12和补偿14元件仍然有类似的温度响应和物理特性，但是比较短的补偿元件14提供比较好的温度补偿。在一个实施方案中，补偿元件比敏感元件12短大约6.4％(电阻大约少6.4％)，温度补偿在大约1托优化的传感器电压曲线。较短补偿元件14有与敏感元件12相同的电阻的温度系数(ohms/ohms/℃)，但是ohms/℃是不同的。

敏感元件12和补偿元件14之间最佳的长度和电阻失配可以在不同的真空压力计之间变化，取决于敏感元件12和补偿元件14的长度、位置和间隔以及对其它元器件的接近度。长度失配能被用在先前描述过的任何电路中。

并联的微调电阻126能被用于用来降低补偿元件14的电阻的情况，其中补偿元件14的长度或电阻小于敏感元件12，但是不到预期的全部程度。除此之外，如果补偿元件14的长度或电阻相对于敏感元件12比预期的小，那么并联微调电阻126可以改为与敏感元件12并联以减少敏感元件12的电阻，以致补偿元件14的电阻相对于敏感元件12的电阻有所增加，从而把相对电阻带进预期的范围。在这种情况下，并联的微调电阻126变成敏感元件12的一部份。虽然并联的微调电阻126在上文中已被描述为是在图7的电路中使用的，但是人们应该了解并联的微调电阻126可以被用在前面描述过的任何其它电路之中。

尽管这项发明已参照其优选实施方案被具体地展示和描述，但是熟悉这项技术的人将会理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离权利要求书所囊括的发明范围的情况下完成。

例如，本发明的不同的实施方案的特征可以相互取代或组合。除此之外，虽然真空压力计60和125已被描述为把直流电流加到元件12、14和15上，但是本发明的其它实施方案包括把交流电流加到元件12、14和15上。此外，虽然已经提供一些特定的尺寸和规格，但是应该理解这些尺寸和规格可以依据手边情况改变。

Claims (14)

1.一种用来测量环境气体压力的热损失真空压力计，其中包括：电阻型敏感元件；

在电路中与敏感元件一起暴露在实质上匹配的环境中的电阻型补偿元件；

与敏感元件和补偿元件相连接用来施加通过元件的电流的电源，通过敏感元件的电流实质上大于通过补偿元件的电流，敏感元件和补偿元件有不同的长度；以及

与敏感元件和补偿元件相连接基于敏感元件和补偿元件的电响应确定在敏感元件和补偿元件暴露在其中的环境中气体压力的测量电路。

2.根据权利要求1的真空压力计，其中补偿元件比敏感元件短。

3.根据权利要求2的真空压力计，其中敏感元件和补偿元件是为提供电阻比敏感元件低5％-8％的补偿元件而配置的。

4.根据权利要求3的真空压力计，其中敏感元件和补偿元件是为提供电阻比敏感元件低6％-7％的补偿元件而配置的。

5.根据权利要求2的真空压力计，其中补偿元件在长度方面比敏感元件短5％-8％。

6.根据权利要求5的真空压力计，其中补偿元件比敏感元件短6％-7％。

7.根据权利要求1的真空压力计，其中并联电阻被放置在敏感元件和补偿元件其中之一的两端以便提供电阻较低的补偿元件。

8.一种测量环境气体压力的方法，其中包括：

提供电阻型敏感元件；

提供在电路中与敏感元件一起暴露在实质上匹配的环境

中的电阻型补偿元件；

从电源施加通过敏感元件和补偿元件的电流，其中通过敏感元件的电流实质上大于通过补偿元件的电流；将敏感元件和补偿元件配置成具有不同的长度；以及用与敏感元件和补偿元件相连接的测量电路，基于敏感元件和补偿元件的电响应确定在敏感元件和补偿元件暴露在其中的环境中的气体压力。

9.根据权利要求8的方法，进一步包括将补偿元件配置成比敏感元件短。

10.根据权利要求9的方法，进一步包括将敏感元件和补偿元件配置成补偿元件电阻比敏感元件低5％-8％。

11.根据权利要求10的方法，进一步包括将敏感元件和补偿元件配置成补偿元件电阻比敏感元件低6％-7％。

12.根据权利要求9的方法，进一步包括提供长度比敏感元件短5％-8％的补偿元件。

13.根据权利要求12的方法，进一步包括提供长度比敏感元件短6％-7％的补偿元件。

14.根据权利要求12的方法，进一步包括将并联电阻放置在敏感元件和补偿元件其中之一的两端以便提供电阻较低的补偿元件。

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