CN215726533U - 一种宽量程热偶真空计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽量程热偶真空计，属于真空测量技术领域，包括真空规管，加热电流供给单元、模数转换单元和主控单元，加热电流供给单元用于动态处理真空规管输出的不同电动势的电信号，进而向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流。本实用新型基于定温原理实现对不同环境的真空度测量，由于真空规管灯丝加载的是动态的加热电流，加热电流随电动势变化而变化，因此大大拓宽了本实用新型真空计的测量范围；同时，由于第一加热电流能够保证灯丝在不同测量环境处理恒温，通过变化的第一加热电流获取当前测量环境的真空度信息，进而能够消除测量环境温度对测量准确度的影响，保证了测量的准确性。

Description

一种宽量程热偶真空计

技术领域

本实用新型涉及真空测量技术领域，尤其涉及一种宽量程热偶真空计。

背景技术

真空测量通过由特殊材质的材料制成的真空规管与真空环境接触，进而获取与压强有关的信号，该信号经后续信号处理电路进行转换处理即可显示被测真空环境的真空度。

真空测量按照测量原理分类包括直接测量真空计和间接测量真空计，间接测量真空计包括压缩式真空计、热辐射真空计、电离真空计等，本申请主要关注的是热辐射真空计中的热偶真空计。热偶真空计的真空规管的灯丝材料选择原则是：(1)应具有较大的热电势和热电势温度变化率，并且热电势与温度之间最好呈线性关系；(2)具有较高的电导率，低的电阻温度系数和低的比热； (3)物理化学性能、热电特性都较稳定。现有热偶真空规管由一根康铜丝和一根镍铬丝组成，如图1所示，基于定流原理测量环境真空度，即在真空规管2脚、3脚加上一定的加热电流，1脚、4脚会产生一定的热电动势，利用毫伏表对热电动势进行测量，并通过显示装置处理后显示，即可得到不同压强下对应的不同的热电动势输出，进而通过一定热电动势就反应一定的压强(绝对压强)，根据压强与真空度的计算公式实现真空度的测量。

现有热偶真空计仅为真空规管提供一种加热电流，即在整个测量范围中仅使用一种加热电流，导致真空规管产生的热电动势范围有限，当真空规管产生的电动势接近上限时电动势变化较小，接近其测量极限；其二，真空计只提供加热电流，未对真空规管灯丝进行检测，当真空规管未接入真空计或者真空规管的灯丝断裂时，真空计的真空规管不能正常工作，但真空计未对真空规管反馈的信号进行分析即对反馈的信号进行处理并显示为真空数值，使操作者不能直观判定当前真空计显示真空度是否正确，容易造成误判；其三，目前热偶真空计基于上述定流原理进行真空测量，即通过真空规管输出电位差(电动势) 随其灯丝表面温度变化而变化进行真空测量，而真空规管灯丝表面的温度变化容易受不同温度工作环境影响，即真空规管反映的电动势在不同的工作环境温度中偏移量较大，使得真空测量准确度不高；其四，真空计对控制电路采用继电器模式，即真空计内部具有一继电器，但其功率较小，一般无法直接使用其控制外部设备，都会经过中间继电器进行控制；同时继电器有三个接线端，占用了较多的接线端口；其五，真空计的模拟量的校准通过两个调节器进行校准，且模拟量的输出用户不能自行选择，增加了真空计返厂几率，增加了真空计的升级成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中真空测量范围窄、准确度不高以及环境温度影响大的问题，提供了一种宽量程热偶真空计。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种宽量程热偶真空计，真空计具体包括：真空规管、加热电流供给单元、模数转换单元和主控单元，主控单元为单片机、PLC、FPGA、ARM中任意一种。真空规管，包括交叉连接的一根康铜丝和一根镍铬丝，在不同真空度的测量环境下，能够根据恒定加热电流产生不同电动势的电信号；加热电流供给单元包括顺次连接的信号处理模块和加热电流提供模块；所述信号处理模块与真空规管输出端连接，用于将真空规管输出的电信号与基准电压信号进行减法运算处理，得到能够保证灯丝恒温的第一电信号；所述加热电流提供模块输出端与真空规管连接，用于根据第一电信号向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流；模数转换单元与信号处理模块输出端连接，用于将信号处理模块输出的模拟态的第一电信号转换为数字信号；主控单元经模数转换单元与信号处理模块连接，用于对数字信号进行处理进而计算出当前测量环境的真空度信息。

在一示例中，所述加热电流供给单元还包括信号放大模块，设于真空规管输出端与信号处理模块输入端之间。

在一示例中，所述信号处理模块为加法运算电路或减法运算电路；所述加热电流提供模块包括顺次连接的电压跟随电路(恒压电路)与第一开关器件，或加热电流提供模块包括顺次连接的恒流电路与第一开关器件。

在一示例中，所述真空计还包括断耦检测单元，包括并联连接的压差感知元件和第一光电转换器，压差感知元件与真空规管输入端连接，光电转换器输出端与主控单元连接。

在一示例中，所述真空计还包括驱动控制单元，包括顺次连接的第二光电转换器和第二开关器件，光电转换器与主控单元输出端连接，第二开关器件与外部系统的中间驱动开关连接。

在一示例中，所述模拟量输出选择单元，包括顺次连接的数模转换模块和模拟量输出模块；

所述数模转换模块与主控单元输出端连接，用于将主控单元输出的能够表征当前测量环境的真空度信息的数字信号转换为模拟信号并传输至模拟量输出模块；所述模拟量输出模块用于将数模转换模块输出的模拟信号进行选择处理，输出用户所需的能够保证当前测量环境真空度的电压信号或电流信号。

在一示例中，所述模拟量输出模块包括运算放大电路、电流放大电路、电压跟随电路和信号选择电路，运算放大电路、电流放大电路顺次连接，电流放大电路输出端经一阻性元件分别连接至电压跟随电路一输入端和信号选择电路，电压跟随电路另一输入端、电压跟随电路输出端均连接至运算放大电路输入端，信号选择电路输出端连接至主控单元。

在一示例中，所述数模转换模块连接有基准电压信号选择电路，基准电压信号选择电路控制端与主控单元连接；基准电压信号选择电路一输入端连接有第一基准电压信号，基准电压信号选择电路另一输入端连接有第二基准电压信号。

在一示例中，所述真空计还包括按键单元，与主控单元输入端连接。

在一示例中，所述真空计还包括通信单元，与主控单元双向连接。

在一示例中，所述真空计还包括显示单元，与主控单元输出端连接。

需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

(1)在一示例中，在不同测量环境下，本实用新型通过加热电流供给单元为真空规管提供能够保证灯丝恒温的动态第一加热电流，即基于定温原理实现对不同环境的真空度测量，首先，由于真空规管灯丝加载的是动态的加热电流，加热电流随电动势变化而变化，因此大大拓宽了本实用新型真空计的测量范围；同时，由于第一加热电流能够保证灯丝在不同测量环境处理恒温，通过变化的第一加热电流和/或第一电信号获取当前测量环境的真空度信息，进而能够消除测量环境温度对测量准确度的影响，保证了测量的准确性。

(2)在一示例中，通过信号放大模块对真空规输出的电信号进行放大处理，利于信号处理模块提取有效电信号，保证真空计测量的可靠性。

(3)在一示例中，通过断耦检测单元检测真空规管的灯丝是否断裂或者未接入，以此提高真空度检测的可靠性。

(4)在一示例中，取消了现有真空计中的继电器设计，驱动控制单元仅输出驱动控制信号，仅需将第二开关器件与外部系统的中间驱动开关连接即能够驱动外部设备，在减少控制端口并降低生产成本开销的同时，实现了外部设备的自动化控制。

(5)在一示例中，通过模拟量输出选择单元能够输出表征当前测量环境真空度的电压信号或者电流信号，以适应不同的应用场景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为现有技术中真空规管的示意图；

图2为本实用新型一示例中真空计的电路框图；

图3为本实用新型一示例中真空规管灯丝的示意图；

图4为本实用新型一示例中真空计的电路原理图；

图5为本实用新型一示例中真空计断耦检测单元的电路原理图；

图6为本实用新型一示例中真空计的驱动控制单元电路原理图；

图7为本实用新型一示例中真空计的模拟量输出选择单元电路原理图；

图8为本实用新型优选示例真空计的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型一种宽量程热偶真空计，旨在解决现有技术中真空计测量范围窄且测量准确度不够高的问题。在一示例中，如图2所示，一种宽量程热偶真空计，具体包括真空规管，加热电流供给单元、模数转换单元和主控单元；真空规管，能够在不同真空度的测量环境下，根据恒定加热电流产生不同电动势的电信号；加热电流供给单元用于动态处理真空规管输出的不同电动势的电信号，进而向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流，具体包括顺次连接的信号处理模块和加热电流提供模块，其中真空规管、信号处理模块和加热电流提供模块循环首尾连接。本示例中，模数转换单元具体为模数转换器，模数转换器与信号处理模块输出端连接，用于将信号处理模块输出的模拟态的第一电信号转换为数字信号并传输至主控单元；主控单元具体为单片机处理子系统，即包括单片机及其外围电路，单片机经模数转换单元与信号处理模块输出端连接，用于对数字信号进行处理进而计算出当前测量环境的真空度信息。需要进一步强调的是，通过单片机对数字信号进行处理计算出当前测量环境的真空度信息的具体数据处理计算过程属于本领域技术人员的公知常识，不在本申请请求保护的范围之内，同理单片机其他数据处理过程如将数字信号转换为模拟信号等均属于本领域技术人员的公知常识，以下不再赘述。

具体地，如图3所示，真空规管包括交叉设置的一根康铜丝和一根镍铬丝，且康铜丝与镍铬丝交叉点固定连接，真空规管的①脚、②脚为加热电流输入引脚，真空规管的③脚、④脚为电动势信号输出引脚，在不同真空度的测量环境下，能够根据恒定加热电流产生不同电动势的电信号，当然，真空规管能够感知当前测量环境的真空度变化并通过输出不同电动势的电信号进行表示，即当真空规管所处测量环境的真空度变化，真空规管输出不同电动势的电信号。作为一选项，本实用新型真空规管灯丝也可采用铂铑丝形成铂铑热电偶，也能够在不同真空度的测量环境下，根据恒定加热电流产生不同电动势的电信号。

具体地，信号处理模块与真空规管输出端连接，其用于将真空规管输出的电信号与基准电压信号进行减法运算处理，得到能够保证灯丝恒温的第一电信号；加热电流提供模块输出端与真空规管连接，用于根据第一电信号向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流。具体地，当测量环境的温度升高，真空规管输出的电信号的电动势增大，信号处理模块对电动势增大的电信号与基准电压信号进行减法处理，信号处理模块输出端的电信号的电动势减小，进而使得信号处理模块提供至加热电流提供模块的电动势减小，对应地，加热电流提供模块输出的第一加热电流减小，进而保证真空规管恒温；当测量环境的温度降低，真空规管输出的电信号的电动势减小，信号处理模块对电动势减小的电信号与基准电压信号进行减法处理，信号处理模块输出端的电信号的电动势增大，进而使得信号处理模块提供至加热电流提供模块的电动势增大，对应地，加热电流提供模块输出的第一加热电流增大，进而保证真空规管恒温；不难看出，信号处理模块和加热电流提供模块能够形成一动态回路。具体地，当加热电流提供模块供给至真空规管的加热电流一定(恒定加热电流)时，真空规管处于相同真空环境时，真空规管输出的热电动势不变，信号处理模块输出的电信号不变，后续单片机处理子系统接收的信号不变以及加热电路提供模块输出的加热电流不变，整个真空计处于平衡状态。当真空规管所处的真空度升高，真空规管输出的热电动势增大，此时信号处理模块输出的电信号减小，由于电动势与电流正向线性相关，则加热电路提供模块输出的加热电流对应减小，此时真空计一直处于不平衡状态，直至测量环境的真空度稳定时，整个真空计处于平衡状态；当真空规管所处的真空度降低时，真空计中各电路模块的变化情况与上述真空规管所处的真空度升高的情况相反，在此不再赘述，即实际上本申请基于(真空规管灯丝)恒温原理实现真空度测量，由于真空计所处测量环境的真空度不同，那么须为真空规管(①、②脚)提供不同的加热电流，从而保持真空规管的灯丝(加热丝)表面的温度处于恒定状态。为保持灯丝的温度，在不同的真空度测量环境下，加热电路提供模块须为真空规管提供不同的加热电流，即本申请根据加热电流来反映真空度，而加热电流的确定，则是根据真空规管(③、④脚)输出不同的电势差，进而通过信号处理模块将输出的电势差信号与基准电压信号进行减法处理，进而得到加热电路提供模块输出的加热电流，即以此确定真空规管①、②脚的灯丝需加载的加热电流大小，进而加热电流反映当前测量环境的真空度，由于加热电流与信号处理模块输出的第一电信号(电压信号)呈正相关，且信号转换模块仅能识别电压信号，因此通过信号输出模块输出的第一电信号反映当前测量环境的真空度，因此本示例中将信号处理模块输出端连接至主控单元。

在本示例中，由于真空规管灯丝加载的是动态的加热电流，整个动态范围能够达到25mA至85mA，相较于现有真空计加载一固定加热电流(恒定加热电流)而言，本实用新型通过单一真空规管能够感知更广范围的真空度变化，真空度测量范围为0.01Pa～999Pa，而现有技术中需要多个加载不同恒定加热电流真空计才能相互配合提高其真空度测量范围，或者通过不断改变真空计的加热电流才能实现更广的真空度范围测量，应用于实际测量场景存在诸多局限。进一步地，由于本申请中加载于真空规管灯丝的第一加热电流能够随测量环境的温度而变化，具体地，当外界环境(测量环境)温度使灯丝表面温度升高时，真空规管的③脚、④脚输出的电势差增大，反馈至真空规管①脚、②脚的灯丝第一加热电流对应降低，以此降低真空规管灯丝表面的加热温度，同时由于测量环境温度升高同样会增加加热灯丝的表面温度，因此外界环境对应增加灯丝表面温度，本申请第一加热电流降低灯丝表面温度，以此抵消外界环境温度的变化，进而能够消除测量环境温度对测量准确度的影响，保证了测量的准确性，当外界环境温度使灯丝表面温度降低时同理，不再赘述。

在一示例中，所述加热电流供给单元还包括信号放大模块，设于真空规管输出端与信号处理模块输入端之间。具体地，如图4所示，信号放大模块为基于运算放大器U3构成的反向放大电路，运算放大器U3的反向输入端经电阻R_3-1与真空规管的④脚连接，运算放大器U3的同相输入端经电阻R_3-2与真空规管的③脚连接，运算放大器U3反向输入端经一反馈电阻R_3-f连接至其输出端，运算放大器U3同向输入端经电阻R_3-3接地，运算放大器U3的输出端连接至信号处理电路输入端。本示例中，信号放大电路将真空规管输出的微弱信号(最大十几毫伏)进行放大处理并输出至信号处理模块，此处输出的电信号为负信号，信号放大电路的电压输入输出关系为：

U_o3＝R_3-f*(U₊/R_3-2-U_-/R_3-1)

其中，Uo3表示信号放大电路的输出电压信号，U₊表示电阻R_3-1与真空规管的④脚之间的电压，U_-表示电阻R_3-2与真空规管的③脚之间的电压。通过信号放大模块对真空规输出的电信号进行放大处理，利于信号处理模块提取有效电信号，保证真空计测量的可靠性。

在一示例中，所述信号处理模块为加法运算电路或减法运算电路。具体地，如图4所示，本示例信号处理模块具体为由运算放大器U1构成的减法运算电路，运算放大器U1的反向输入端经电阻R_1-1与运算放大器U3连接，运算放大器U1 的反向输入端经反馈电阻R_1-f连接至其输出端，运算放大器U1的同相输入端经电阻R_1-2引入有基准电压信号Uref，且运算放大器U1的同相输入端经电阻R_1-3接地，基准电压信号Uref为正信号，运算放大器U1的反向输入端经一反馈电阻连接至运算放大器U1输出端，该减法运算电路的输入输出关系为：

U_o1＝R_1-f*(Uref/R_1-2-U_o3/R_1-1)

其中，U_o1表示减法运算电路的输出电压，Uo3表示减法运算电路的反向输入端的电压信号即信号放大电路的输出电压信号；减法运算电路根据上述输入输出关系式动态处理真空规管输出的不同电动势的电信号，进而向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流。作为一选项，当信号处理模块为加法运算电路时，保证其同相输入端、反向输入端信号均为正信号即可，对应地，信号放大模块可采用同向放大电路。

在一示例中，所述加热电流提供模块包括顺次连接的电压跟随电路与第一开关器件。具体地，如图4所示，电压跟随电路基于运算放大器U2实现，运算放大器U1输出端与运算放大器U2的同向输入端连接，运算放大器U2的反向输入端经一电阻_R2-3接地，运算放大器U2的输出端经一电阻连接至三极管基极即第一开关器件，本示例具体采用NPN三极管，三极管集电极接高电平，三极管发射极连接至真空规管的输入引脚①，三极管集电极与发射极之间经一电阻连接。电压跟随电路能够进一步提供稳定电压至三极管基极，使三极管处于导通状态，以此为真空规管的灯丝提供第一加热电流，第一加热电流I_L的计算公式为：

I_L＝U_o1/R_2-3

当运算放大器U2的同向输入端电压一定时，该加热电流模块提供真空规管的加热电流一定，真空规管在同一真空度的情况下反馈相同的电动势差。

在一示例中，所述真空计还包括断耦检测单元，包括并联连接的压差感知元件和第一光电转换器，压差感知元件与真空规管输入端连接，光电转换器输出端与主控单元连接。具体地，如图5所示，压差感知单元具体为电阻R1，电阻R1串联至真空规管灯丝的输入引脚一端；第一光电转换器具体为第一光电耦合器，光电耦合器输出端与单片机连接。具体地，当真空规管的灯丝流过一定的加热电流，电阻R1两端会产生一定的电压差，以此驱动光电耦合器N1产生光信号，光电耦合器N1的断耦信号输出端对应产生低电压信号并传输至单片机，单片机判定此时输出的真空度信息有效；当真空规管的灯丝断裂或者未接入真空规管，加热电流的电流信号不会经过电阻R1，此时第一光电耦合器N1并未被驱动，此时第一光电耦合器N1的断耦信号的输出端对应产生高电压信号并传输至单片机，此时单片机判断真空计输出真空度信息无效，进行报警提示，提醒操作人员。本示例中，通过断耦检测单元检测真空规管的灯丝是否断裂或者未接入，进而提示当前输出的真空度信息是否有效，对工作人员进行提示，以此提高真空度检测的可靠性。

在一示例中，所述真空计还包括驱动控制单元，包括顺次连接的第二光电转换器和第二开关器件，光电转换器与主控单元输出端连接，第二开关器件与外部系统的中间驱动开关连接。具体地，如图6所示，第二光电转换器具体为第二光电耦合器，第二开关器件具体为三极管，光电耦合器输入端与单片机连接，光电耦合器输出端与三极管基极、集电极连接，取消了现有真空计中的继电器设计，仅通过三极管向外部系统提供驱动控制信号，进而控制外部系统的中间继电器，即仅需将三极管发射极、集电极与外部系统的中间驱动继电器的线圈连接，即能将单片机发出的驱动控制信号经驱动控制单元传输至驱动外部设备，实现了单片机对外部设备的自动化控制，由于单片机等控制器无法直接驱动继电器，因此必须引入三极管以驱动继电器，因此本申请取消了现有真空计中继电器设计，单片机通过三极管直接驱动外部系统的中间继电器，能够减少了控制端口并降低了生产成本开销。进一步地，本示例驱动控制单元通过第二光电隔离器将单片机的控制信号进行传输，能将内部信号与外部信号进行光电隔离，防止干扰。

在一示例中，所述模拟量输出选择单元，包括顺次连接的数模转换模块和模拟量输出模块；所述数模转换模块与主控单元输出端连接，用于将主控单元输出的能够表征当前测量环境的真空度信息的数字信号转换为模拟信号并传输至模拟量输出模块；所述模拟量输出模块用于将数模转换模块输出的模拟信号进行选择处理，输出用户所需的标准电信号，标准电信号为电流信号或者电压信号。模拟量输出模块具体包括运算放大电路、电流放大电路、电压跟随电路和信号选择电路，运算放大电路、电流放大电路顺次连接，电流放大电路输出端经一阻性元件分别连接至电压跟随电路一输入端和信号选择电路，电压跟随电路另一输入端、电压跟随电路输出端均连接至运算放大电路输入端，信号选择电路输出端连接至主控单元。具体地，如图7所示，数模转换模块具体为数模转换芯片以及外围电路组成，本示例中数模转换芯片为TCL5615芯片。 TCL5615芯片为具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍，只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机)接口连接。数模转换芯片一端与单片机的I/O端连接，另一端连接至模拟量输出模块中的运算放大电路。运算放大电路为基于运算放大器U4形成的放大电路，电流放大电路具体为基于三极管Q3形成的电流放大电路，电压跟随电路为基于运算放大器U5形成的电压跟随器，选择电路具体为选择切换开关，本示例具体采用单刀单掷继电器K2。更为具体地，运算放大器U4的同向输入端与数模转换芯片输出端连接，运算放大器U4的反向输入端经电阻R2接地，运算放大器U4的输出端连接至三极管Q3的基极，同时运算放大器U4的反向输入端经电阻R4连接至三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极接高电平，且三极管Q3的发射极经阻性元件即Re连接至继电器K2的触点一端及运算放大器U5的同向输入端，运算放大器U5的反向输入端及其输出端经电阻R3连接至运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U4、U5形成一个双运放恒流源电路，继电器K2的触点另一端连接有负载电阻RL，同时继电器K2的线圈端连接至单片机，且电阻R1-R4阻性相等，则流过负载电阻RL的电流I_L'与流过电阻Re的电流相等。即有：

此时在保证电阻Re阻值固定的情况下，输出的电流I_L'与模拟量输出模块的输入电压(Ui)成线性正比关系。本示例中，当用户需要输出用于表征当前真空度的电压信号时，在电流输出端(三极管Q3发射极)接固定的电阻Re，将电流转化为电压(Uo)信号，通过单片机控制继电器进行不同类型信号的选择，即当单片机控制单刀单掷继电器K2触点断开时，输出电流信号I_L'以表征当前测量环境的真空度，当单片机控制继电器K2触点闭合时，此时输出电压信号U_o(电阻Re与单刀单掷继电器K2之间电压)表征当前测量环境的真空度，其中，U_o＝I_L'*RL，即可达到不同类型信号的模拟量输出，为三方系统或者现场其他二次仪表提供对应的标准电压信号或标准电流信号，以适应不同的应用场景，扩展了其使用范围。

在一示例中，如图7所示，所述数模转换芯片连接有基准电压信号选择电路，基准电压信号选择电路控制端与单片机连接，本示例中，基准电压信号选择电路具体为继电器K1；基准电压信号选择电路一输入端连接有第一基准电压信号V1，即继电器K1触点一端连接有第一基准电压信号V1；基准电压信号选择电路另一输入端连接有第二基准电压信号V2，即继电器K1触点另一端连接有第二基准电压信号V2，通过继电器K1选择不同的基准电压信号即可更改数模转换芯片TLC5615的基准电压，即可得到不同的输出电压，因此在数模转换模块中，设计2个基准电压(如图V1、V2)，并通过单片机控制子系统控制继电器K1与不同触点闭合，即可达到不同范围的模拟量输出。

在一示例中，所述真空计还包括按键单元，与主控单元输入端连接。具体地，本示例中通过引入按键模块，用于输入设置参数。具体地，设置参数即对真空计的附加功能参数进行设置，如继电器控制点的设置：当需要在某一真空度时，需对设备进行加温，即可通过输入设置参数这一功能实现；或者如通讯功能：设置通讯模块的地址、波特率、奇偶校验等参数，与用户的上位机配对。或者例如模拟量的输出设置：用户可根据使用情况选择0-5V、0-10V、4-20mA 的模拟量输出。

在一示例中，所述真空计还包括通信单元，与主控单元双向连接。具体地，通信单元为WIFI模块、蓝牙模块、窄带物联网模块、4G/5G通信模块、光纤通信模块中的任意一种，用于将单片机获取的能够表征当前测量环境真空度信息传输至三方系统和/或云端，实现数据共享和/或存储。当然，通过通信单元，能够将能够表征当前测量环境真空度信息传输至电脑主机等，便于后台监控。

在一示例中，所述真空计还包括显示单元，与主控单元输出端连接。具体地，显示单元具体为显示器，单片机根据信号处理模块反馈的电动势信号或者加热电流提供模块反馈的加热电流信号即可计算出当前测量环境的真空度信息，并传输至显示单元进行显示，便于工作人员直观获取当前测量环境的真空度。当然，显示器能够进一步显示单片机发送的报警信息，如单片机判断真空规管断裂或者未接入，提示当前输出的真空度信息无效，可直接通过显示器进行显示，同时也可通过增加声光报警单元对工作人员进行提示。进一步地，显示单元能够显示按键输入模块当前输入的设置参数。

在一示例中，将上述示例进行组合得到本实用新型真空计的优选示例如图8 所示，包括加热电流供给单元、真空规管、模数转换单元、主控单元、断耦检测单元、驱动控制单元、模拟量输出选择单元、按键单元、显示单元、通信单元和电源单元。电源单元包括不同输出电压的电压输出模块，分别为信号处理模块、加热电流提供模块、模数转换单元、单片机、断耦检测单元、驱动控制单元、模拟量输出选择单元、按键单元、显示单元和通信单元提供工作电压，保证各电路模块能够正常工作。本实用新型真空计基于定温原理测量环境真空度，通过加热电流供给单元为真空管灯丝提供动态加热电流，能够大大拓展真空计的测量范围，同时由于加载于真空规管的第一加热电流随测量环境温度变换而变化，以此消除测量环境温度对真空度测量的影响，能够保证真空度测量的准确性。进一步地，基于断耦检测单元能够判断真空规管灯丝是否断裂或者未接入，进而保证了真空计测量的可靠性。同时，本实用新型取消了现有真空计中的继电器设计，仅向外部系统提供控制信号，即能达到对外部设备的自动化控制。更进一步地，本申请真空计模拟量输出选择单元能够输出能够保证当前测量环境真空度的标准电压信号或标准电流信号，便于将真空计检测的当前测量环境的真空度信息以其他仪表或系统可识别的方式进行传输，拓展了真空计的应用场景。

以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽量程热偶真空计，其特征在于：其包括：

真空规管，包括交叉连接的一根康铜丝和一根镍铬丝，在不同真空度的测量环境下，能够根据恒定加热电流产生不同电动势的电信号；

加热电流供给单元，包括顺次连接的信号处理模块和加热电流提供模块；所述信号处理模块与真空规管输出端连接，用于将真空规管输出的电信号与基准电压信号进行减法运算处理，得到能够保证灯丝恒温的第一电信号；所述加热电流提供模块输出端与真空规管连接，用于根据第一电信号向真空规管提供能够保证灯丝恒温的第一加热电流；

模数转换单元，与信号处理模块输出端连接，用于将信号处理模块输出的模拟态的第一电信号转换为数字信号；

主控单元，经模数转换单元与信号处理模块连接，用于对数字信号进行处理进而计算出当前测量环境的真空度信息。

2.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述加热电流供给单元还包括信号放大模块，设于真空规管输出端与信号处理模块输入端之间。

3.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述信号处理模块为加法运算电路或减法运算电路；所述加热电流提供模块包括顺次连接的电压跟随电路与第一开关器件，或加热电流提供模块包括顺次连接的恒流电路与第一开关器件。

4.根据权利要求3所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括断耦检测单元，包括并联连接的压差感知元件和第一光电转换器，压差感知元件与真空规管输入端连接，光电转换器输出端与主控单元连接。

5.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括驱动控制单元，包括顺次连接的第二光电转换器和第二开关器件，光电转换器与主控单元输出端连接，第二开关器件与外部系统的中间驱动开关连接。

6.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括模拟量输出选择单元，包括顺次连接的数模转换模块和模拟量输出模块；

所述数模转换模块与主控单元输出端连接，用于将主控单元输出的能够表征当前测量环境的真空度信息的数字信号转换为模拟信号并传输至模拟量输出模块；所述模拟量输出模块用于将数模转换模块输出的模拟信号进行选择处理，输出用户所需的能够保证当前测量环境真空度的电压信号或电流信号。

7.根据权利要求6所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述模拟量输出模块包括运算放大电路、电流放大电路、电压跟随电路和信号选择电路，运算放大电路、电流放大电路顺次连接，电流放大电路输出端经一阻性元件分别连接至电压跟随电路一输入端和信号选择电路，电压跟随电路另一输入端、电压跟随电路输出端均连接至运算放大电路输入端，信号选择电路输出端连接至主控单元。

8.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括按键单元，与主控单元输入端连接。

9.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括通信单元，与主控单元双向连接。

10.根据权利要求1所述的一种宽量程热偶真空计，其特征在于：所述真空计还包括显示单元，与主控单元输出端连接。

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