CN102519670B

CN102519670B - 真空计电参数检定装置

Info

Publication number: CN102519670B
Application number: CN201210001886.2A
Authority: CN
Inventors: 贾军伟; 张书锋
Original assignee: 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC
Current assignee: 514 Institute of China Academy of Space Technology of CASC; Beijing Dongfang Measurement and Test Institute
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-01-05
Also published as: CN102519670A

Abstract

真空计电参数检定装置，有利于实现多种型号的简便校准，包括具有电流端和电压端的数字多用表，所述电流端连接第一个二选一开关的一个活动端，所述电压端连接第一个二选一开关的另一个活动端，所述第一个二选一开关的固定端连接第二个二选一开关的固定端，所述第二个二选一开关的一个活动端连接电离真空计测量电路，所述第二个二选一开关的另一个活动端连接热偶真空计测量电路；所述电离真空计测量电路包括电源，所述电源连接电阻阵列，所述电阻阵列向被测电离真空计提供离子流输入，所述电离真空计测量电路通过真空规接线座连接被测电离真空计；所述热偶真空计测量电路通过等效电阻电路连接电源，通过真空规接线座连接被测热偶真空计。

Description

真空计电参数检定装置

技术领域

本发明涉及真空计量技术，特别是一种真空计电参数检定装置。

背景技术

真空技术是20世纪初发展起来的一门新的技术学科，随着科技的进步，真空技术作为一门实用的基础科技应用范围日益广泛。目前，真空技术已广泛应用于航天、航空、高能物理、可控热核聚变、表面物理、半导体与微电子等尖端科学研究领域，此外还广泛应用于工业和服务业。在空间环模实验中，真空度的准确测量是确保环模实验可靠行的前提，在真空处理工艺中，真空度的准确测量是影响工艺的重要参数。真空计量是真空物理和技术的重要组成部分。真空计是用于测量低于一个大气压力的气体或蒸汽的仪器。目前常用的真空计主要包括电离真空计、热偶真空计、电阻真空计、薄膜真空计和压阻真空计等。为确保真空测量的单位统一和量值准确可靠，必须进行真空计量。真空计量主要包括全压力计量、分压力计量、微流量计量和真空计电参数的计量。真空计电参数的计量是保障真空计量值准确传递和正确使用，确保型号研制、试验和生产过程中真空度量值传递的准确和统一的前提。真空计电参数检定装置主要用于电离真空计、热偶真空计和电阻真空计的电参数检定。真空计电参数是电离真空计的栅极电压、阴极电压、发射电流和离子流，热偶真空计的加热电流和热电势的统称。《GJB/J3416-98真空计(电参数)检定规程》规定了真空计电参数的检定技术要求、检定条件、检定项目、检定方法、检定结果的处理和周期检定。

中华人民共和国国家军用标准(GJB/J3416-98)明确规定了真空计电参数检定和校准装置必须达到的各项技术指标，通过中华人民共和国热偶计的制造标准和中华人民共和国电离计的制造标准可以确定装置设计中各等效电阻。根据以上标准解决了该装置原理上和技术指标上的问题。在以往的真空计电参数检定和校准装置中，通过手动改变高阻箱的档位来控制输出模拟离子流的量程，通过调节高阻箱两端电压的大小来控制相应量程范围下离子流的大小，从而输出目标离子流。本发明人认为，热偶计电参数检定部分主要包括直流电源、等效电路、数字表、热偶计接口等，长丝电阻和短丝电阻分别等效长丝热偶规和短丝热偶规的加热灯丝，用电阻R等效热偶规的热电偶灯丝的电阻。在检定过程中，首先根据被检热偶计的类型通过开关切换选择长丝还是短丝，然后选择供电电源的方向，最后调节被检真空计加热电流，通过检定装置测量真空计的加热电流；调节检定装置的毫伏值输出，使被检真空计满偏至0.1Pa，测量此时的毫伏值。进而根据检规对数据进行处理，判定。电离计电参数检定部分主要包括直流电源、等效电路、数字表、电离计接口和真空规管等。等值的精密电阻，其阻值必须大于阴极内阻的10倍，例如，R₁＝R₂＝100Ω。高阻网络阻值分档可调，调节范围从(10⁴～10¹²)Ω，通过调节高阻网络两端的电压可以得到离子流的模拟量。在具体检定过程中，通过测量R₁和R₂之间的点对地的电压可以得出真空计阴极电压值；通过测量栅极对地的电压可以得出真空计的栅极电压；通过测量栅极到地的电流可以得出真空计的发射电流；将标准离子流的模拟量输入真空计，得到真空计的离子流示值。在保留以往装置所具备的功能的同时，另行采用电阻阵列，固定电压，仅控制开关的通断来输出目标离子流，就能够方便使用不同检定方法的计量人员，例如采用程控或触摸屏两种方式等。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种真空计电参数检定装置，采用该装置有利于实现多种型号的简便校准。

本发明的技术方案如下：

真空计电参数检定装置，其特征在于，包括具有电流端和电压端的数字多用表，所述电流端连接第一个二选一开关的一个活动端，所述电压端连接第一个二选一开关的另一个活动端，所述第一个二选一开关的固定端连接第二个二选一开关的固定端，所述第二个二选一开关的一个活动端连接电离真空计测量电路，所述第二个二选一开关的另一个活动端连接热偶真空计测量电路；所述电离真空计测量电路包括电源，所述电源连接电阻阵列，所述电阻阵列向被测电离真空计提供离子流输入，所述电离真空计测量电路通过真空规接线座连接被测电离真空计；所述热偶真空计测量电路通过等效电阻电路连接所述电源，所述热偶真空计测量电路通过真空规接线座连接被测热偶真空计。

所述电阻阵列中的各个电阻各自并联一个开关，以便根据被测电离真空计的规管规格和所需各个测试档的离子流的值调整电阻阵列。

所述电离真空计测量电路包括第三个二选一开关，所述第三个二选一开关的固定端连接所述第二个二选一开关的一个活动端，所述第三个二选一开关的一个活动端连接栅极电压值测试点，所述第三个二选一开关的另一个活动端连接阴极电压值测试点。

所述阴极电压值测试点位于两个阴极电压取值电阻的中间，所述两个阴极电压取值电阻通过开关电路连接真空规接线座，以使所述两个阴极电压取值电阻并联于被测电离真空计规管中的灯丝。

所述真空规接线座有三个，以配套连接不同型号的被测电离真空计规管中的灯丝和栅极；通过测试两个阴极电压取值电阻之间的点即阴极电压值测试点对地的电压得出被测电离真空计的阴极电压值；通过测量栅极对地的电压得出被测电离真空计的栅极电压值；通过测量栅极到地的电流得出被测电离真空计的发射电流；将标准离子流的模拟量输入被测电离真空计，得到被测电离真空计的离子流示值。

所述电阻阵列通过一个二选一开关连接被测电离真空计，所述二选一开关的固定端连接所述被测电离真空计，所述二选一开关的一个活动端连接所述电阻阵列，在固定电压的条件下，通过程控或触摸屏方式控制所述电阻阵列中的开关的通断来输出目标离子流；所述二选一开关的另一个活动端连接手动高阻箱，通过手动改变手动高阻箱的档位来控制输出模拟离子流的量程，通过调节高阻箱两端电压的大小来控制相应量程范围下离子流的大小，从而输出目标离子流。

热偶真空计测量电路包括第四个二选一开关，所述第四个二选一开关的固定端连接所述第二个二选一开关的另一个活动端，所述第四个二选一开关的一个活动端通过长丝规管热电偶丝等效电阻和短丝规管热电偶丝等效电阻的串联电路连接与被测热偶真空计相连的真空规接线座，所述长丝规管热电偶丝等效电阻的两端并联一个开关；所述第四个二选一开关的另一个活动端通过短丝规管加热丝等效电阻和长丝规管加热丝等效电阻的串联电路的中间节点连接与被测热偶真空计相连的真空规接线座，所述短丝规管加热丝等效电阻和长丝规管加热丝等效电阻的串联电路的始端连接电源，末端接地。

开关动作通过数字运算操作的电子系统PLC实现，所述PLC是为工业环境下应用而设计的，它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生成过程，PLC及其有关外围设备，都按易于工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计，它具有开关控制和顺序控制、模拟控制、信号报警和联锁系统控制、联网与通信功能。

本发明的技术效果如下：

本发明真空计电参数检定装置具有以下特点：1.有利于研制便携、自动化程度高、能够服务于多种型号及其它国防和工业领域的真空计电参数计量和校准系统。有利于解决老设备体积大，自动化程度低的问题。提出该装置设计的新方法。2.满足型号现场测试需求，提高计量的准确性、稳定性和自动化程度。解决以前设备体积大不方便携带的问题。3.有利于研究真空计电参数计量和校准的新方法。在现有方法的基础上提出新的更简便的校准方法。

电离部分：电离部分栅极电压，阴极电压和发射电流的测量通过等效电路采用高精度数字表测量。离子流部分以前是改变输入的离子流，使真空计压力值到某一整数值，然后再进行相关计算，离子流通过具有高精度数字表监测的电源和精密高阻实现。本发明是：在保留以前功能的基础上，新添加了另一种更简便的方法。即供入特定的离子流，根据真空计上的压力值来进行相关计算。离子流通过具有高精度数字表监测的电源和精密高阻阵列实现。热偶部分：毫伏值的产生通过具有高精度数字表监测的干电池和可调电阻器产生，通过等效电路供入被检真空计。加热电流通过等效电路以高精度数字表进行测量。控制部分：通过PLC控制具有逻辑关系的软点和硬点的开断，通过触摸屏和软件控制PLC进而控制整套装置，通过软件控制高精度数字表，自动采集数据并自动处理数据按照固定的模板自动生成原始记录和证书。本发明考虑了该装置的检定能力能覆盖日常工作中所遇到的各种真空计。真空计的种类取决于其所配置的真空规管，真空规管又称真空规。

附图说明

图1是本发明真空计电参数检定装置的电路结构原理示意图。

图2是电阻阵列的结构原理示意图。

图1中附图标记列示如下：10-电源；11-高阻箱电源；12-电阻阵列；13-手动高阻箱；14-离子流输入；15-电离真空计；16-真空规接线座；17-开关；18-栅极；19-阴极；20-电流端；21-电压端；22-数字多用表；23-真空规接线座；24-热偶真空计；SW43～SW51-通断开关；SW1～SW2-二选一开关；SW3-通断开关；SW4～SW6-二选一开关；R1～R2-阴极电压取值电阻；R3-长丝规管热电偶丝等效电阻；R4-短丝规管热电偶丝等效电阻；R5-短丝规管加热丝等效电阻；R6-长丝规管加热丝等效电阻；3bit-三线制连接；4bit-四线制连接。

图2中附图标记列示如下：101-离子流输出；102-电源；SW7～SW31-通断开关；500K～30000M-欧姆电阻值。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。

图1是本发明真空计电参数检定装置的电路结构原理示意图。如图1所示，真空计电参数检定装置包括具有电流端20和电压端21的数字多用表22，所述电流端20连接第一个二选一开关SW6的一个活动端，所述电压端21连接第一个二选一开关SW6的另一个活动端，所述第一个二选一开关SW6的固定端连接第二个二选一开关SW5的固定端，所述第二个二选一开关SW5的一个活动端连接电离真空计测量电路，所述第二个二选一开关SW5的另一个活动端连接热偶真空计测量电路；所述电离真空计测量电路包括电源10，所述电源连接电阻阵列12，所述电阻阵列12向被测电离真空计15提供离子流输入14，所述电离真空计测量电路通过真空规接线座16连接被测电离真空计15；所述热偶真空计测量电路通过等效电阻电路连接所述电源10，所述热偶真空计测量电路通过真空规接线座23连接被测热偶真空计24。图2是电阻阵列的结构原理示意图。如图2所示，所述电阻阵列中的各个电阻(500K～30000M欧姆电阻值)各自并联一个开关(SW12～SW31)，五行电阻中的每一行都通过开关(SW7～SW11)连接电源102(同图1中电源10)，以便根据被测电离真空计的规管规格和所需各个测试档的离子流的值调整电阻阵列。图2中电阻阵列就是图1中的电阻阵列12，其离子流输出101即图1中的离子流输入14。图1中，所述电离真空计测量电路包括第三个二选一开关SW2，所述第三个二选一开关SW2的固定端连接所述第二个二选一开关SW5的一个活动端，所述第三个二选一开关SW2的一个活动端连接栅极电压值测试点18，所述第三个二选一开关SW2的另一个活动端连接阴极电压值测试点19。所述阴极电压值测试点19位于两个阴极电压取值电阻R1和R2的中间，所述两个阴极电压取值电阻R1和R2通过开关电路(SW46～SW51)连接真空规接线座16，以使所述两个阴极电压取值电阻R1和R2并联于被测电离真空计15规管中的灯丝。所述真空规接线座16有三个，以配套连接不同型号的被测电离真空计规管中的灯丝和栅极；通过测试两个阴极电压取值电阻之间的点即阴极电压值测试点对地的电压得出被测电离真空计的阴极电压值；通过测量栅极对地的电压得出被测电离真空计的栅极电压值；通过测量栅极到地的电流得出被测电离真空计的发射电流；将标准离子流的模拟量输入被测电离真空计，得到被测电离真空计的离子流示值。真空规接线座中有若干个针脚，从左至右第一个和第二个真空规接线座中的第2、7针连接规管中的灯丝，第4、5针连接规管中的栅极；第三个真空规接线座中的第2、7针连接规管中的栅极，第4、5针连接规管中的灯丝，测试时，通过开关电路(SW43～SW45)选择。所述电阻阵列通过一个二选一开关SW1连接被测电离真空计15，所述二选一开关SW1的固定端连接所述被测电离真空计15，所述二选一开关SW1的一个活动端连接所述电阻阵列12，在固定电压的条件下，通过程控或触摸屏方式控制所述电阻阵列中的开关的通断来输出目标离子流；所述二选一开关SW1的另一个活动端连接手动高阻箱13，通过手动改变手动高阻箱13的档位来控制输出模拟离子流的量程，通过调节高阻箱两端电压的大小来控制相应量程范围下离子流的大小，从而输出目标离子流。热偶真空计测量电路包括第四个二选一开关SW4，所述第四个二选一开关SW4的固定端连接所述第二个二选一开关SW5的另一个活动端，所述第四个二选一开关SW4的一个活动端通过长丝规管热电偶丝等效电阻R3和短丝规管热电偶丝等效电阻R4的串联电路连接与被测热偶真空计24相连的真空规接线座23，所述长丝规管热电偶丝等效电阻R3的两端并联一个开关SW3；所述第四个二选一开关SW4的另一个活动端通过短丝规管加热丝等效电阻R5和长丝规管加热丝等效电阻R6的串联电路的中间节点连接与被测热偶真空计24相连的真空规接线座23，所述短丝规管加热丝等效电阻R5和长丝规管加热丝等效电阻R6的串联电路的始端连接电源10，末端接地。开关动作通过数字运算操作的电子系统PLC实现，所述PLC是为工业环境下应用而设计的，它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生成过程，PLC及其有关外围设备，都按易于工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计，它具有开关控制和顺序控制、模拟控制、信号报警和联锁系统控制、联网与通信功能。

测量电离真空计的工作流程如下：1.系统上电，预热。2.PLC控制开关SW2打在左端，SW5打在上端，SW6打在左端，SW42打在右端，PLC控制数字多用表切换到电压档；然后电压表测得的读数即为阴极电压值。3.其他开关不动，PLC控制SW2切换到右端，此时多用表的读数为栅极电压值。4.其他开关不动，PLC控制SW6切换到右端，SW42切换到右端，并控制数字多用表切换到电流档；此时多用表的读数为发射电流的值。5.保留了原来手动的电阻箱，PLC控制开关SW1，如果手动测量，则PLC控制SW1打到下端；如果自动测量，则PLC控制SW1打到上端。自动测量时，根据规管的规格和所需各个测试档的离子流的值控制PLC调整电阻阵列，实现各个档顺序的自动测量，并记录下电离真空计在各个档下的离子流示值。6.SW43～SW51用于切换不同类型的规管。

测量热偶真空计的工作流程如下：1.PLC控制SW4打在上端，SW5打在下端，SW6打在右端；如果是长丝，PLC控制SW3断开，如果是短丝，PLC控制SW3闭合；PLC控制多用表切换到电流档，此时多用表的读数为加热电流的值。2.其他开关不动，PLC控制SW4打在下端，SW6打在左端，调节1K欧的可变电阻，使得热偶计满偏，此时多用表的读数为热电势，PLC控制多用表将这个数值送到PLC的数据存储区。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims

1.真空计电参数检定装置，其特征在于，包括具有电流端和电压端的数字多用表，所述电流端连接第一个二选一开关的一个活动端，所述电压端连接第一个二选一开关的另一个活动端，所述第一个二选一开关的固定端连接第二个二选一开关的固定端，所述第二个二选一开关的一个活动端连接电离真空计测量电路，所述第二个二选一开关的另一个活动端连接热偶真空计测量电路；所述电离真空计测量电路包括电源，所述电源连接电阻阵列，所述电阻阵列向被测电离真空计提供离子流输入，所述电离真空计测量电路通过真空规接线座连接被测电离真空计；所述热偶真空计测量电路通过等效电阻电路连接所述电源，所述热偶真空计测量电路通过真空规接线座连接被测热偶真空计；

所述电离真空计测量电路包括第三个二选一开关，所述第三个二选一开关的固定端连接所述第二个二选一开关的一个活动端，所述第三个二选一开关的一个活动端连接栅极电压值测试点，所述第三个二选一开关的另一个活动端连接阴极电压值测试点；所述阴极电压值测试点位于两个阴极电压取值电阻的中间，所述两个阴极电压取值电阻通过开关电路连接真空规接线座，以使所述两个阴极电压取值电阻并联于被测电离真空计规管中的灯丝。

2.根据权利要求1所述的真空计电参数检定装置，其特征在于，所述电阻阵列中的各个电阻各自并联一个开关，以便根据被测电离真空计的规管规格和所需各个测试档的离子流的值调整电阻阵列。

3.根据权利要求1所述的真空计电参数检定装置，其特征在于，所述真空规接线座有三个，以配套连接不同型号的被测电离真空计规管中的灯丝和栅极；通过测试两个阴极电压取值电阻之间的点即阴极电压值测试点对地的电压得出被测电离真空计的阴极电压值；通过测量栅极对地的电压得出被测电离真空计的栅极电压值；通过测量栅极到地的电流得出被测电离真空计的发射电流；将标准离子流的模拟量输入被测电离真空计，得到被测电离真空计的离子流示值。

4.根据权利要求1所述的真空计电参数检定装置，其特征在于，所述电阻阵列通过一个二选一开关连接被测电离真空计，所述二选一开关的固定端连接所述被测电离真空计，所述二选一开关的一个活动端连接所述电阻阵列，在固定电压的条件下，通过程控或触摸屏方式控制所述电阻阵列中的开关的通断来输出目标离子流；所述二选一开关的另一个活动端连接手动高阻箱，通过手动改变手动高阻箱的档位来控制输出模拟离子流的量程，通过调节高阻箱两端电压的大小来控制相应量程范围下离子流的大小，从而输出目标离子流。

5.根据权利要求1所述的真空计电参数检定装置，其特征在于，热偶真空计测量电路包括第四个二选一开关，所述第四个二选一开关的固定端连接所述第二个二选一开关的另一个活动端，所述第四个二选一开关的一个活动端通过长丝规管热电偶丝等效电阻和短丝规管热电偶丝等效电阻的串联电路连接与被测热偶真空计相连的真空规接线座，所述长丝规管热电偶丝等效电阻的两端并联一个开关；所述第四个二选一开关的另一个活动端通过短丝规管加热丝等效电阻和长丝规管加热丝等效电阻的串联电路的中间节点连接与被测热偶真空计相连的真空规接线座，所述短丝规管加热丝等效电阻和长丝规管加热丝等效电阻的串联电路的始端连接电源，末端接地。

6.根据权利要求1至5之一所述的真空计电参数检定装置，其特征在于，开关动作通过数字运算操作的电子系统PLC实现，所述PLC是为工业环境下应用而设计的，它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生成过程，PLC及其有关外围设备，都按易于工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计，它具有开关控制和顺序控制、模拟控制、信号报警和联锁系统控制、联网与通信功能。